T60D/C - Didacta Italia

THERMODYNAMIQUE
T60D - Unité d'Étude sur les Echanges Thermiques
T60D/C Unité d’étude sur les échanges thermiques informatisée (Code 950510)
1. Généralités
L'unité d'étude Didacta T60D constitue un instrument fondamental pour la compréhension des phénomènes concernant les
échanges thermiques et de la technologie des échangeurs thermiques de type industriel, à travers des mesures
expérimentales. L’unité est disponible en deux versions:
T60D – Unité d’étude sur les échanges thermiques (Code 950500)
T60D/C – Unité d’étude sur les échanges thermiques informatisée (Code 950510)
L’unité comporte les échangeurs suivants:

S1 Echangeur à radiateur de type automobile eau/air (liquide/gaz);

S2 Echangeur à faisceau de tubes eau/eau (liquide/liquide);

S3 Echangeur à deux tubes concentriques eau/eau (liquide/liquide);

S4 Echangeur optionnel à faisceau de tubes eau/vapeur (liquide/vapeur);

S5 Echangeur optionnel à plaques eau/eau (liquide/liquide).
Les échangeurs sont montés en parallèle et peuvent opérer en équi-courant ou en contre-courant, à l’exception de S1 et S4.
La sélection de l'échangeur et du mode de fonctionnement se fait à travers des soupapes manuelles.
Le système comporte un réchauffeur électrique à thermostat électronique pour la production de l'eau chaude, alors que l'eau
froide est prise du réseau de distribution.
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Le banc est sur roulettes et il est doté d'un panneau avant avec un schéma synoptique sérigraphie.
Le group est livré avec un manuel qui décrit l’unité en toutes ses parties, les modalités d’installation et d’usage et propose
des nombreuses expériences didactiques avec résultats expérimentaux.
2. Composition
L’unité comprend:

T60D - code 950500 - comprenant les circuits hydrauliques, les pompes, l'appareillage électrique, les instruments de
mesure et les échangeurs S1, S2, S3;

T60D/C - code 950510, en alternative au code 950500 – comprenant les circuits hydrauliques, les pompes,
l’appareillage électrique, les instruments de mesure, les échangeurs S1, S2, S3, le kit de transducteurs électroniques,
complet de unité d’alimentation et conditionnement signaux et carte de conversion A/D et le logiciel d’acquisition et
analyse données pour Windows.

Optionnel code 950501 : Echangeur S4 à faisceau de tubes eau/vapeur avec chaudière pour la production de la vapeur
(code 951706);

Optionnel code 950502 : Echangeur S5 à plaques eau/eau.
3. Description
Groupe de base - code 950500
La figure 5 reporte le synoptique général de l'unité d'étude, comprenant les échangeurs optionnels. Les deux pompes
centrifuges P1 et P2 créent respectivement un flux d'eau chaude et un d'eau froide. L'eau chaude est obtenue à travers le
réchauffeur électrique HT à thermostat TIC. Avec des soupapes il est possible de diriger ces flux vers l’échangeur en essai
et de sélectionner pour S2, S3 et S5 le fonctionnement en équi-courant ou en contre-courant.
Le débit d'air chaud et d'air froid peut être mesuré avec les débitmètres F1 et F2, tandis que la pression peut être mesurée
avec les manomètres M1 et M2.
L'échangeur S1 nécessite non seulement le flux d'eau chaude, mais aussi un flux d'air créé par le ventilateur VE. Le débit
d'air est mesuré à travers le diaphragme étalonné DC et le micro-manomètre différentiel D1. Un deuxième micro-manomètre
différentiel D2 permet de mesurer la perte de charge de l'air entre amont et aval de l'échangeur S1.
Un manomètre à mercure en U permet de mesurer la perte de charge de l'eau entre amont et aval des échangeur, et il peut
être raccordé si nécessaire aux différentes prises de pression PM présentes dans le circuit.
Le réservoir de récolte de l'eau TA, doté de thermomètre TI, permet de mesurer la température du mélange d'eau chaude et
d'eau froide sortant des échangeurs.
Dans les points caractéristiques du circuit sont placés 12 thermorésistances Pt100 reliées à un instrument digital qui se
trouve dans l'appareillage électrique E. L'appareillage électrique du système T60D est chargé d'alimenter et de contrôler les
composants électriques du groupe. Il comprend notamment les disjoncteurs et les sélecteurs pour l'allumage ou l'exclusion
des différents composants électriques, le thermo-régulateur pour la sélection de la température de l'eau chaude, l'afficheur
pour la visualisation des températures mesurées par les sondes Pt100 à bord du circuit.
Le thermo-régulateur TIC (2) permet de contrôler le réchauffeur H et d'arrêter son fonctionnement quand la température
choisie est atteinte (Point de Réglage).
Les caractéristiques techniques des différents échangeurs sont reportées dans le tableau 1.
Groupe de base informatisé – code 950510
La figure 5 reporte le synoptique général de l'unité d'étude, comprenant les échangeurs optionnels et les transducteurs
fournis avec le système automatique de acquisition données.
Les deux pompes centrifuges P1 et P2 créent respectivement un flux d'eau chaude et un d'eau froide. L'eau chaude est
obtenue à travers le réchauffeur électrique HT à thermostat TIC. Avec des soupapes il est possible de diriger ces flux vers
l’échangeur en essai et de sélectionner pour S2, S3 et S5 le fonctionnement en équi-courant ou en contre-courant.
Le débit d'air chaud et d'air froid peuvent être mesurés avec les débitmètres F1 et F2 auxquels correspondent les
transducteurs de flux à turbine TQ1 et TQ2 - complets de convertisseur des signaux - tandis que la pression peut être
mesurée avec les manomètres M1 et M2.
L'échangeur S1 nécessite non seulement le flux d'eau chaude, mais aussi un flux d'air créé par le ventilateur VE. Le débit
d'air est mesuré à travers le diaphragme étalonné DC et le micro-manomètre différentiel D1. Un deuxième micro-manomètre
différentiel D2 permet de mesurer la perte de charge de l'air entre amont et aval de l'échangeur S1.
Un manomètre à mercure en U permet de mesurer la perte de charge de l'eau entre amont et aval des échangeur, et il peut
être raccordé si nécessaire aux différentes prises de pression PM présentes dans le circuit.
Le transducteur différentiel de pression TDP - complet de convertisseur de signaux – permet d’acquérir la perte de charge
dans le trait de circuit sélectionné.
Le réservoir de récolte de l'eau TA, doté de thermomètre TI, permet de mesurer la température du mélange d'eau chaude et
d'eau froide sortant des échangeurs.
Dans les points caractéristiques du circuit sont placés 12 thermorésistances Pt100 reliées à un instrument digital complet de
convertisseur de signaux qui se trouve dans l'appareillage électrique E. L'appareillage électrique du système T60D est
chargé d'alimenter et de contrôler les composants électriques du groupe. Il comprend notamment les disjoncteurs et les
sélecteurs pour l'allumage ou l'exclusion des différents composants électriques, le thermo-régulateur pour la sélection de la
température de l'eau chaude, l'afficheur pour la visualisation des températures mesurées par les sondes Pt100 à bord du
circuit, l’unité de conditionnement signaux et conversion A/D.
Le thermo-régulateur TIC (2) permet de contrôler le réchauffeur H et d'arrêter son fonctionnement quand la température
choisie est atteinte (Point de Réglage).
Les caractéristiques techniques des différents échangeurs sont reportées dans le tableau 1.
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Le logiciel d'acquisition et d'analyse de données fonctionne en environnement MS-Windows et il est utilisé pour prélever les
données en temps réel, les traiter et les archiver. Il permet d'obtenir sur écran ou par impression les paramètres et les
diagrammes prévus dans les différents essais.
En outre, au lieu de prélever automatiquement les données des transducteurs, il est possible d'introduire ces données par
clavier en les lisant sur les instruments traditionnels à bord de l'installation et en exploitant les possibilités de traitement et
d'archivage du logiciel. Cette solution permet l'utilisation indépendante du logiciel, même en l'absence du kit de
transducteurs.
Echangeur optionnel S4 - code 950501
L'échangeur optionnel S4 (code 950501) (fig. 1) est monté sur un châssis indépendant sur roulettes, qui peut être facilement
raccordé au système de base. L'échangeur S4 nécessite non seulement le flux d'eau froide, mais aussi un flux de vapeur
produit par sa propre chaudière CA (optionnel code 951706). On peut aussi alimenter le circuit de l'eau chaude du groupe
T60D avec l'eau chaude produite par S4, en isolant le réchauffeur électrique H. L'échangeur est entièrement réalisé en
anticorodal, qui résiste à la corrosion. Le faisceau de tubes, à ailettes intégrales, est en cuivre.
Avec l'échangeur eau/vapeur est également fourni un deuxième échangeur de refroidissement pour condenser la vapeur à
la sortie et un accumulateur HS pour l'eau chaude sortant de l'échangeur. Le raccordement du module au groupe principal
se réalise à travers les tuyaux flexibles à raccord rapide dont est doté le module.
Fig. 1 - L'échangeur optionnel S4 (code 950501)
Fig. 2 - L'échangeur optionnel S5 (code 950502)
Echangeur optionnel S5 - code 950502
L'échangeur optionnel S5 (code 950502) (fig. 2) est constitué de 10 plaques avec une possibilité d'expansion, en acier AISI
316. L'échangeur S5 est monté sur le châssis du module de base.
4. Expériences possibles
Echangeur eau/air S1



Etude du transfert de chaleur eau/air: mesure des températures de l'eau et de l'air sur les différents points de
l'échangeur, calcul de la quantité de chaleur échangée dans les deux sens de l'unité de temps
Mesure de la perte de pression de l'eau entre amont et aval de S1 et étude de la dépendance des débit d'eau
Mesure de la perte de pression de l'air entre amont et aval de S1 et étude de la dépendance du débit d'air
Echangeurs eau/eau S2, S3, S5





Etude du transfert de chaleur eau/eau en équi-courant: mesure de la température de l'eau sur les différents points de
l'échangeur, calcul de la quantité de chaleur échangée dans les deux sens dans l'unité de temps, mesure de la
température finale du mélange entre eau chaude et eau froide à la sortie de l'échangeur et comparaison avec la valeur
théorique (voir fig. 3)
Etude du transfert de chaleur eau/eau en contre-courant: mesure de la température de l'eau sur les différents points de
l'échangeur, calcul de la quantité de chaleur échangée dans les deux sens dans l'unité de temps, mesure de la
température finale du mélange entre eau chaude et eau froide à la sortie de l'échangeur et comparaison avec la valeur
théorique
Mesure de la différence de pression de l'eau chaude entre amont et aval de l'échangeur ou étude de la dépendance du
débit d'eau chaude
Mesure de la différence de pression de l'eau froide entre amont et aval de l'échangeur ou étude de la dépendance du
débit d'eau froide (voir fig. 4)
Comparaison entre le mode de fonctionnement en équi-courant et en contre-courant

Comparaison entre les différents échangeurs.
Echangeur optionnel eau/vapeur S4



Etude du transfert de chaleur eau/vapeur en équi-courant: mesure de la température de l'eau et de la vapeur sur les
différents points de l'échangeur, calcul de la quantité de chaleur échangée dans les deux sens dans l'unité de temps
Mesure de la perte de pression de l'eau entre amont et aval de S4 et étude de la dépendance du débit d'eau
Mesure de la perte de pression de la vapeur entre amont et aval de S4 et étude de la dépendance du débit de vapeur
5. Services demandés






Alimentation électrique: triphasée, 50/60 Hz, 8 kW
Alimentation en eau: 1500 l/h - 3 bars
Décharge d'eau
PC minimum Pentium avec disque dur (>10 Gb), lecteur de CD, carte graphique SVGA 800x600, souris, RAM 32 Mb,
porte USB
MS-Windows XP ou versions suivantes
Imprimante graphique
6. Poids et dimensions
Groupe de base

Dimensions: 1900 x 950 x 1800 h mm

Poids: 280 kg environ (290 kg avec échangeur optionnel S5)
Echangeur optionnel S4

Dimensions: 900 x 650 x 1550 h mm

Poids: 60 kg
Fig. 3 – Transfert de chaleur en S3 opérande en
équicourant
Fig. 4 – Différence de pression eau froide en S3 en
fonction d’écoulement d’eau
Tableau 1 - Caractéristiques techniques des échangeurs
Echangeur
Type
Matière
Surface
d'échange
Données
physiques
S1
Eau/air en radiateur
S2
Eau/eau en
faisceau de tubes
Corps en aluminium Corps en
avec tubes ronds
Anticorodal avec
faisceau de tubes à
ailettes intégrales
en cuivre
0,0317 m2
0,3 m2
(frontal)
Pas entre les ailettes No. de tubes: 4
1,05 mm
Diamètre interne
des tubes:
15,875 mm
S3
Eau/eau à deux
tubes concentriques
Corps en acier C40
avec tuyaux internes
à ailettes intégrales
en cuivre
S5
Eau/eau à plaques
0,3 m2
S4
Eau/vapeur à
faisceau de tubes
Corps en
Anticorodal avec
faisceau de tubes à
ailettes intégrales
en cuivre
0,3 m2
No. de tubes: 6
No. de tubes: 4
No. de plaques: 10
Diamètre interne des Diamètre interne
des tubes:
tubes côté eau
15,875 mm
chaude: 13 mm
Corps en acier C40
avec plaques en
arête de poisson en
acier inox AISI 316
0,37 m2
Dimensions des
plaques:
138 x 448 mm
Longueur de tubes: Diamètre interne des Longueur de tubes:
610 mm
tubes côté eau
610 mm
froide: 27 mm
Longueur de tubes:
430 mm
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Fig. 1 - Synoptique général
Légende
P1
P2
M1
M2
M3
HT
H
TIC
TMAX
SA
LI
CA
HS
BE
S1
S2
S3
S4
S5
V1
V2
V3
V4
V5
VA2, VB2, VC2
VA3, VB3, VC3
VA4, VB4, VC4
Pompe centrifuge eau chaude
Pompe centrifuge eau froide
Manomètre de pression eau chaude
Manomètre de pression eau froide
Manomètre de pression vapeur (uniquement avec S4 – optionnel code 950501)
Accumulateur d'eau chaude
Réchauffeur électrique d'eau chaude à résistances
Thermostat électronique eau chaude
Thermostat de sécurité température maximum eau chaude
Réservoir d'eau
Indicateur de niveau
Chaudière de production de vapeur (uniquement avec S4 – optionnel code 950501)
Accumulateur d'eau chaude (uniquement avec S4 – optionnel code 950501)
Récipient gradué de récolte eau de condensation (uniquement avec S4 – optionnel code 950501)
Echangeur eau/air à radiateur
Echangeur eau/eau à faisceau de tubes
Echangeur eau/eau à deux tubes concentriques
Echangeur eau/vapeur (S4 – optionnel code 950501)
Echangeur eau/eau à plaques (S5 – optionnel code 950502)
Soupape de sélection S1 circuit eau chaude
Soupape de sélection S2 circuit eau chaude
Soupape de sélection S3 circuit eau chaude
Soupape de sélection S4 circuit eau chaude ou d'arrêt
Soupape de sélection S5 circuit eau chaude (uniquement avec optionnel S5 code 950502)
Soupapes de sélection du fonctionnement de S2 en équi-courant ou en contre-courant
Soupapes de sélection du fonctionnement de S3 en équi-courant ou en contre-courant
Soupapes de sélection des modes de fonctionnement de S4 (uniquement avec optionnel S4 – code
950501)
VA5, VB5, VC5 Soupapes de sélection du fonctionnement de S5 en équi-courant ou en contre-courant (uniquement avec
optionnel S5 – code 950502)
VD2, VD3, VD4 Soupapes d’exclusion de S2, S3, S5
F1
Fluxmètre eau chaude
F2
Fluxmètre eau froide
G1
Vanne manuelle de contrôle du flux d'eau chaude
G2
Vanne manuelle de contrôle du flux d'eau froid
G3
Vanne manuelle à trois voies pour la recirculation de l'eau chaude
TA
Réservoir de décharge eau chaude et froide
TI
Thermomètre eau de décharge
VE
Ventilateur à vitesse variable pour S1
DC
Diaphragme calibré pour mesure du débit d'air pour S1
D1
Micro-manomètre différentiel de mesure du débit d'air provenant de DC
D2
Micro-manomètre différentiel de mesure de la perte de charge de l'air en S1
U
Manomètre différentiel à mercure pour la mesure des pertes de charge de l'eau dans les échangeurs S1,
S2, S3, S5
T1, T2…T12
Thermo-résistances Pt100
T18, T19…T22 Thermomètres bimétalliques (uniquement avec optionnel S4 – code 950501)
PM
Prises de mesure de la pression
TQ1
Transducteur électronique du débit d'eau chaude Q1 (uniquement version computerisée T60D/C – code
950510)
TQ2
Transducteur électronique du débit d'eau froide Q2 (uniquement version computerisée T60D/C – code
950510)
TDP
Transducteur électronique de différence de pression Dp1 et Dp2 (uniquement version computerisée
T60D/C – code 950510)
E
Appareillage électrique contenant aussi l'unité de conditionnement des signaux et de conversion A/C
(uniquement version computerisée T60D/C – code 950510)
PC
Ordinateur de bureau (uniquement version computerisée T60D/C – code 950510 – pas fourni)
Cod. R00553/F 0314 Ed. 01 Rev. 02
A n'importe quel moment et sans préavis, la Société Didacta Italia pourra apporter, en tenant les caractéristiques essentielles
décrites aux propres produits, les modifications les plus opportunes, selon les exigences de caractère constructif ou didactique.
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