Etude de l'influence de la température du fluide sur la performance d'un échangeur de chaleur de la raffinerie d'Alger

II.3.4.Théorie de base pour le calcul d'un échangeur de chaleur

Pour dimensionner ou prédire les performances d'un échangeur, il est nécessaire de relier la quantité totale de chaleur transmise, q, à des quantités telles que les températures d'entrée et de sortie des deux fluides, le coefficient global de transfert de chaleur U et la surface de transfert de chaleur A, selon l'équation :

~ = U A MLDT (II.4)

· Moyenne logarithmique de la différence de température MLDT [14] L a puissance échangée entre les deux fluides, obéit pour les deux configurations (co-courant et contre courant) à la même loi (II.4).

Avec :

A - A (II.5)

T T

1 2

MLDT=

Ln T T

( 1

A A 2

)

Qui définit la moyenne logarithmique de différence de Températures entre les deux fluides. Où :

AT1 : Différence de températures entre les deux fluides à l'extrémité 1 de l'échangeur.

Cette relation est très utile pour déterminer expérimentalement le coefficient d'échange de
chaleur global d'un échangeur ou le produit (U*A) si la surface d'échange A est inconnue.

II.3.5. Coefficient global U de transfert de chaleur:[14]

Si on considère un élément de tube de longueur dL, le flux de chaleur correspondant s'écoulera en rencontrant cinq résistances :

Figure II.1.Coefficient de transfert global [14]

R = : Résistance dans le fluide à l'extérieur du tube, égale à l'inverse du coefficient de

1

0

⁰ h

film externe ;

R d 0 : Résistance due au film d'encrassement déposé sur l'extérieur du tube ;

R cd : Résistance due à la paroi métallique du tube (cette résistance peut être négligée dans les calculs) ;

R di : Résistance due au film d'encrassement déposé à l'extérieur du tube ;

R

1

ⁱ h

= : Résistance dans le fluide à l'extérieur du tube, égale à l'inverse du coefficient de

i

Comme ces résistances s'expriment en [m² °C /kcal] il est nécessaire de rapporter tous ces termes à la même surface. On convient de choisir, en référence, la surface extérieure du tube ce qui amène à corriger les résistances intérieures R _di et R _i en les multipliant par le rapport

d ₀ d _i des diamètres extérieur et intérieur du tube. Ces résistances corrigées s'écriront :

d 0

R = R (II.6)

i

di 0 di_d

d i

h = h (II.7)

0

i 0 i_d

Dans ces conditions, la résistance globale au transfert, égale à la somme des cinq résistances précédentes prendra la forme :

1 1 1 (II.8)

R = + R R

di 0 + + + R_cd =

d di

h h U

0 i 0

U : est le coefficient de transfert sale relatif à l'élément de tube dL

Figure II.2. Echangeur de chaleur à plaque [15]

Figure II.3. Echangeur à tube en u (épingle) [16]