Echangeur de chaleur

Résumé du document

Le but de ce T.P. est d'étudier les échanges de chaleur entre un fluide caloporteur et un fluide alimentaire. En industrie alimentaire, on utilise des échangeurs de chaleur afin de chauffer des produits avant le séchage par exemple ou pour en faire varier certains critères (viscosité, réactivité, stérilité…). Il existe plusieurs types d'échangeurs avec des tailles, des efficacités ou des applications différentes. Il faut donc savoir choisir le type d'échangeur le plus adapté à notre opération unitaire.
On étudie deux échangeurs de chaleurs : un échangeur bitube et un échangeur à plaque. On cherche à déterminer l'influence des débits de fluide sur le coefficient global de transfert de chaleur de l'échangeur bitube. On compare ensuite les valeurs expérimentales aux valeurs théoriques calculées à partir des corrélations.

Extraits

[...] Il est intéressant de noter que la méthode de calcul du coefficient de transfert expérimental est beaucoup plus rapide et semble plus correcte que la méthode théorique qui utilise des approximations. De plus, elle permet de façon simple de vérifier le fonctionnement d'une installation de chauffage. Nous avons pu également appréhender le choix de l'échangeur en comparant le bitube avec l'échangeur à plaques. Celui-ci est très intéressant du point de vue thermique mais d'autres paramètres tel la facilité de nettoyage sont à prendre en compte dans le choix de la technologie. [...]

[...] De plus, certains process ne doivent pas effectuer un chauffage trop rapide pour préserver les qualités organoleptiques de l'aliment. [...]

[...] 10-2* -3/0,000388 Re = 2016 Nous sommes en régime laminaire, graphiquement, nous avons Jh (critère de Colburn) de 0,0017 (nombre sans dimension), nous en déduisons : Nu = J*Re*Pr1/3 Avec Pr = μ*Cp/λ = 2,44 Nu = 0,0015*2016*(2,44)1/3 = 4,07 D'où, hC = Nu* λ/ dA=4,07*0,669/ = 756,54 W.°C-1.m-2 Nous en déduisons ainsi le coefficient hg par la formule : 1/A.hg =1/Ac.hc+e/λ.Aml+1/AAhA Application numérique: 1/0,14*hg =1/0,14*756,54+ -3/15*.0,132+1/0,124*423,9 hg= 243,99 W.°C-1.m-2 De même, les calculs de hg pour les autres débits pour l'échangeur bitube sont faits sur Excel (Cf. annexe 2). [...]

[...] Points théoriques Le transfert de chaleur suit le schéma suivant : hg est le coefficient global qui décrit le transfert de chaleur entre le caloporteur et l'aliment. On peut alors décrire le flux de chaleur par la relation : q = hg.A.(Tc-TA) Comme la température varie entre les deux extrémités de l'échangeur et sa sortie, on écrit : q = hg.A.(ΔT)ml Résultats Relevés des valeurs expérimentales: On cherche maintenant à déterminer hg expérimental pour l'échangeur à plaque (Qcal = 207,6 Qal = 99,6 en utilisant de même les bilans de chaleur échangée. [...]

[...] On place les deux échangeurs en série afin de préchauffer le liquide alimentaire et d'utiliser la chaleur résiduelle contenue par le fluide caloporteur à la sortie de l'échangeur afin de ne pas perdre trop d'énergie et de ne pas rejeter de l'eau très chaude dans la nature. On va réaliser quatre manipulations, à quatre couples de débits d'eau différents. Couples débit caloporteur-débit aliment : 130,2 181,2 On a réalisé les mesures de débit par empotage à la sortie de l'installation du fluide caloporteur et du fluide alimentaire. [...]