Séance
n°2 : Condenseur
Afin
de compléter le premier travail effectué sur un échangeur
simple (séance n°1) nous allons étudier la répartition
spatiale des températures dans un échangeur co-courant faisant
intervenir deux fluides dont l’un subit un changement de phase.
Pour
concrétiser cet objectif, choisissons un condenseur dans lequel
s’effectue tout d’abord une désurchauffe des vapeurs issues du compresseur
jusqu’à la température de saturation, puis un changement
de phase (condensation : passage de vapeur saturée à liquide
saturé) et enfin le sous-refroidissement du liquide.
Concernant
les deux " extrémités " (sous-refroidissement et désurchauffe),
la méthode a déjà été vue la fois précédente
et ne constitue donc pas un problème.
Nous
prendrons par hypothèse que :
-
Le changement
de phase s’effectue à température constante,
-
Le titre
en vapeur (ou en liquide) évolue le long de l’échangeur.
Travail
à effectuer :
-
Etablir
l’équation différentielle traduisant le changement de phase
-
Résoudre
successivement les trois échanges dans les conditions suivantes
:
Conditions
de fonctionnement :
-
Fluide frigoporteur
eau
-
Température
d’entrée 15°C
-
Débit
0.2 kg/s
-
Fluide frigorigène
R22
-
Température
de condensation 40°C
-
Température
de refoulement du compresseur 115°C
-
Débit
0.01 kg/s
-
Chaleur
latente de vaporisation à 40°C 166892 J/kg
-
Capacité
calorifique (Cp) à 40°C Gaz : 964 J/kg.K
-
Liquide
: 1324 J/kg.K
Conditions
relatives aux échanges de chaleur
-
Eau 500
W/m2.K
-
R22 phase
vapeur 80 W/m2.K
-
R22 condensation
5000 W/m2.K
-
R22 phase
liquide 300 W/m2.K
Propriétés
géométriques de l’échangeur :
-
Surface
spécifique coté eau 0.1 m2/m
-
Surface
spécifique coté R22 0.1 m2/m
Répondez
aux questions suivantes :
1 Quelle
est la valeur du sous-refroidissement avec une longueur d’échangeur
de 5 m.
2 Quelles
proportions de l’échangeur concernent :la désurchauffe, la
condensation et le sous-refroidissement.
3 Calculer
la répartition des puissances échangées dans ces trois
zones le long de l’échangeur.
4 Que
deviennent ces résultats lorsque la température d’entrée
de l’eau devient 20°C puis 25 °C (conditions d’été)
5 Conclusions
6 Que
se passe t’il si l’on envisage d’effectuer un changement de fluide en remplaçant
le R22 par du R134a ?
-
Chaleur
latente de vaporisation à 40°C 162016 J/kg
-
Capacité
calorifique (Cp) à 40°C Gaz :882 J/kg.K
-
Liquide
:1168 J/kg.K
Téléchargez
la feuille de calcul de la séance n°2
(cond.xls)
