Revue technologique des systèmes frigorifiques à absorption

Revue technologique des systèmes frigorifiques à absorption

Echangeurs de chaleur

Les échangeurs de chaleur sont des appareils permettant de transférer de la chaleur entre deux
fluides à des températures différentes. Dans la plupart des cas, les deux fluides ne sont pas en contact,et le transfert s’effectue à travers une surface d’échange. Au sein de la paroi séparatrice, le mécanisme de transmission de la chaleur est la conduction, et, sur chacune des deux surfaces de contact avec les fluides, ce sont presque toujours les phénomènes de convection qui prédominent.
Dans de nombreux cas, les fluides restent monophasiques, qu’ils soient gazeux ou liquides. Il existe toutefois trois grandes catégories d’échangeurs dans lesquelles surviennent des changements de phase : les vaporiseurs ou évaporateurs où l’on vaporise un liquide, les condenseurs où une vapeur est liquéfiée, et les vapocondenseurs dans lesquels les deux fluides changent de phase. Un échangeur de chaleur a, comme son nom l’indique, pour fonction de transférer de la chaleurd’un milieu fluide vers un autre. Ce sont des éléments couramment rencontrés autour de nous dans le bâtiment (radiateur) mais aussi dans un grand nombre d’applications industrielles. Chaque fois que l’on veut évacuer de la chaleur pour diminuer le risque (radiateur automobile, composants électroniques, centrales nucléaire) ou récupérer de la chaleur pour l’utiliser (radiateur…) il est fait appel à un échangeur de chaleur.
Généralement pour assurer efficacement cet échange de chaleur au moins un des fluides est mis
en mouvement (pompe, ventilateur). Pour augmenter cet échange, et donc le transfert d’énergie, il peut être fait appel au changement de phase (condenseurs, évaporateurs, bouilleurs…) système utilisé couramment dans les machines thermiques ou les caloducs ; nous ne traiterons pas ici cet aspect.

Types des échangeurs de chaleur

Pour des raisons historiques et économiques, les échangeurs utilisant les tubes comme constituant principal de la paroi d’échange sont les plus répandus. On peut distinguer trois catégories suivant le nombre de tubes et leur arrangement, toujours réalisés pour avoir la meilleure efficacité possible pour une utilisation donnée.

 Echangeurs tubulaires
Ces échangeurs sont utilisés depuis de nombreuses années dans les sous-stations de chauffage urbain (eau surchauffée ou vapeur), pour la production d’eau chaude sanitaire et pour de nombreuses applications industrielles nécessitant des pressions élevées ; ils sont toutefois de plus en plus concurrencés par les échangeurs à plaques décrits dans le paragraphe suivant. Les échangeurs de chaleur tubulaires sont constitués soit d’un tube unique (serpentin), soit d’un faisceau de tubes branchés en parallèle enfermés dans une enveloppe appelée calandre (coque). Les tubes sont en général métalliques (acier, cuivre, inox, etc.) et le fluide chaud ou agressif passe en général dans les tubes afin de minimiser les pertes de chaleur.

 Échangeur monotube
Dans lequel le tube est placé à l’intérieur d’un réservoir, généralement le tube est sous la forme d’un serpentin comme montré à la figure II.10

 Échangeur coaxial
Dans lequel les tubes sont le plus souvent cintrés ; en général, le fluide froid s’écoule dans le tube intérieur comme montré à la figure II.11. [23]

 Échangeur multitubulaire
a- Échangeur à tubes séparés À l’intérieur d’un tube de diamètre suffisant (de l’ordre de 100 mm) se trouvent placés plusieurs tubes de petit diamètre (8 à 20 mm) maintenus écartés par des entretoises. L’échangeur peut être soit rectiligne, soit enroulé ..
b- Échangeur à tubes rapprochés Pour maintenir les tubes et obtenir un passage suffisant pour le fluide extérieur au tube, on place un ruban enroulé en spirale autour de certains d’entre eux. Les tubes s’appuient les uns sur les autres par l’intermédiaire des rubans.
c- Échangeur à tubes ailettes Ces tubes permettent d’améliorer le coefficient d’échange thermique, différents types d’ailettes sont toutefois présentés si contre.

Echangeur à tube et calandre
a- Echangeur de chaleur à tête flottante L’une des plaques tubulaires est fixe, bloquée entre les brides de la calandre et de la boîte de distribution. La seconde plaque, d’un diamètre inférieur, porte la boîte de retour et peut coulisser librement à l’intérieur du capot qui ferme la calandre.
b- Echangeur à plaque tubulaires fixes Dans ce cas, les plaques tubulaires peuvent être directement soudées sur la calandre.

 Echangeur à tubes en U Le faisceau est constitué de tubes coudés en forme d’épingle, il n’est donc porté que par une seule plaque tubulaire. Ce système permet de la dilatation du faisceau. En revanche, le nettoyage des tubes est difficilement réalisable autrement que par voie chimique. [25]

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Table des matières

Remercîments
Dédicaces
Résumé
Listes des figures
Listes de tableaux
Nomenclature
Introduction générale
Chapitre I : Revue technologique des systèmes frigorifiques à absorption
I.1. Introduction
I.2. Etat de l’art
I.2.1 Production de froid naturel
I.2.2 Historique des machines frigorifiques à absorption
I.2.3 Consommation énergétique
I.2.4 Explosion énergétique
I.2.5 Enjeux énergétiques
I.3. Machine à absorption
I.3.1 Principe de fonctionnement
I.3.2 Avantages et inconvénients d’une machine à absorption
I.3.3 Comparaison entre un système à compression et un système à absorption
I.3.4 Classification des systèmes
I.3.3.1 Systèmes frigorifiques à H2O-LiBr
I.3.3.2 Systèmes frigorifiques à NH3/ H2O
I.3.5 Critères de choix du couple binaire
I.3.4.1 Choix de la technologie H2O/LiBr
I.4 Composants d’une machine à absorption
I.4.1 Evaporateur
I.4.2 Absorbeur
I.4.3 Concentrateur
I.4.4 Condenseur
I.5. Différents systèmes à absorption
I.5.1 Système H2O/BrLi à simple effet
I.5.2 Système H2O/BrLi à double effet
I.5.3 Cycle demi-effet
I.5.4 Cycle à triple effet
I.6. Marché des machines à absorption
I.7. Conclusion
Chapitre II : Description technologique d’une machine à absorption
II.1 Introduction
II.2 Importance du rejet de chaleur
II.3 Types de systèmes de rejet de chaleur
II.3.1 Tours de refroidissement humides ouvertes
II.3.2 Tours de refroidissement humides fermées
II.3.3 Aéroréfrigérants secs
II.3.4 Trous de forage
II.3.5 Description des composants d’une tour de refroidissement
II.4 Echangeurs de chaleur
II.4.1 Types des échangeurs de chaleur
II.4.1.1 Echangeurs tubulaires
II.4.1.2 Echangeur à plaque
II.4.1.3 Echangeur à spirales
II.4.2 Classification des échangeurs
II.4.2.1 Classement technologique
II.4.2.2 Classement suivant le mode de transfert de chaleur
II.4.2.3 Classement suivant le procédé de transfert de chaleur
II.4.2.4 Classement fonctionnel
II.4.2.5 Classement suivant la nature du matériau de la paroi d’échange
II.5 Conclusion

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