I.3.3. Grandeurs classiques définissant
l'échangeur La DTML est donnée par :
Ö
ÄT1/41/41/41/4
= I. 14"
KS
De ce fait : Ö = KS ÄT = KSFÄT1/23/4
F dépend de la configuration des écoulements ;
il est calculé ou déterminé à partir d'abaques,
toujours compris entre 0 et 1. Il est important de noter que le DTML doit
être calculé comme si l'échangeur était en
contre-courant.
Efficacité et NUT
L'efficacité est donnée par l'expression :
(T,9 - T.9"C~9
~
(T,9 - T,%"C~9
Ö
(I.15"
Öù
å ~
Ainsi on définit trois types d'efficacité :
- Efficacité partielle en température
coté 1 : s9 ~ cdWacdX cdWaceW
-
cdWacdX
Ö
- Efficacité de l'échangeur : s =
Efficacité partielle en température coté
2 : s% ~ ceXacdX
ÖÀÁÂ
L'efficacité de l'échangeur est alors
donnée par la plus grande valeur de 9 ou %
Si C9 = C% on a å9 » å% donc å =
å9
ÄÅ
NUT ~ V W pour C9 = C% (I. 16"
I.3.4. Types d'échangeurs [11]
Les échangeurs sont classés sur base de
plusieurs critères et ils peuvent être regroupés de la
manière suivante :
- Les échangeurs tubulaires et à plaques pour des
raisons technologiques (figure I.10) ;
- Les évaporateurs et condenseurs pour leurs applications
;
- Et autres types d'échangeurs en fonction de la nature
de la paroi.
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Figure I.10. Différents types d'échangeurs
tubulaires
En outre, le choix d'un échangeur de chaleur pour une
application donnée dépend de nombreux paramètres : les
propriétés physiques des fluides, leur agressivité, les
températures ainsi que les pressions de service. Les contraintes
d'encombrement et de maintenance doivent aussi être prises en compte,
ainsi que les considérations économiques.
I.3.5.Echangeur à tubes et calandre [11]
Les principales technologies d'échangeurs à
tubes et calandre sont représentées sur la figure I.11.La
désignation la plus couramment appliquée par ce type
d'échangeur est celle du standard américain TEMA, dans
lequel il existe trois classes : C, B et R, par ordre de
sévérité croissante.
Figure I.11. Échangeur à tubes et
calandre
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La classe C est réservée aux échangeurs
ne présentant aucun risque d'utilisation, la classe B est adoptée
pour la majorité des cas et la classe R est réservée aux
échangeurs fonctionnant dans des conditions très dures au point
de vue mécanique ou dans des conditions inhabituelles (gaz toxique par
exemple).
Un échangeur TEMA est désigné par trois
lettres représentant respectivement le type de boîte avant, de
calandre et de boîte arrière de l'échangeur. La figure I.12
donne les différents éléments constitutifs d'un
échangeur TEMA type AEL (Tableau A.1.2)
Figure I.12. Divers constituants d'un échangeur TEMA
type AEL
Les dimensions des tubes sont normalisées ; le
diamètre annoncé correspond exactement au diamètre
extérieur (Tableau A.4.1) et sont généralement de longueur
standard 2,44 ; 3,05 ; 3,66 ; 4,88 ou 6,10 m.
Le démontage du faisceau de tubes est de plus en plus
difficile au fur et à mesure que sa longueur s'accroît
(problème de rigidité du faisceau). Pour tous les
échangeurs démontables, il convient de laisser un espace libre
suffisant dans l'axe de l'échangeur pour permettre la sortie du faisceau
de tubes. Les matériaux utilisés dépendent des fluides
choisis ; les plus courants sont les aciers ordinaires, les aciers inoxydables,
le cuivre, le laiton, les cupronickels, le graphite, le verre ou les
matières plastiques.
Deux dispositions de tubes sont possibles : le pas
triangulaire et le pas carré (figure I.13). La disposition en pas
carré offre une plus grande facilité de nettoyage. La disposition
en pas triangulaire est plus compacte, donc plus économique. Les pas
standards les plus courants sont 0,024 ; 0,025 ; 0,030 ; 0,032 et 0,038 m
(15/16 ; 1 ; 19/16 ; 5/4 et 3/2 in). Le rapport du pas au diamètre
extérieur des tubes sera au minimum de 1,25 et sera pris
supérieur à 1,25 si l'on souhaite limiter les pertes de pression
côté fluide dans la calandre
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Figure I.13. Pas des tubes
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