Bilan thermique sur évapo

Bilan thermique.
Au cours de ce TP, il faut déterminer par empotage le débit de vapeur qui a circulé dans le
serpentin de l’évaporateur et le débit d’eau évaporée qui se condense dans l’échangeur.
Bilan thermique au sein de l’évaporateur
Débit d’eau évaporée
Vapeur saturante
entrant
Vapeur condensée et
refroidie
Données expérimentales :
Temps d'empotage : 10 mn 32 s 4/100
Volume de condensat vapeur de chauffe
352
mL
Débit calculé
2,0050506
L/h
Volume d'eau évaporée sortant de
l'évaporateur
259
mL
Débit calculé
1,47530712
L/h
On peut donc à l’aide de ces données calculer la puissance fournie par la vapeur saturante
circulant dans le serpentin de l’évaporateur et la puissance reçue par l’évaporateur
Hypothèse : On suppose que la vapeur saturante ne subit qu’une condensation.
Si on veut vérifier cette hypothèse, il faut donc connaître la pression d’entrée de la vapeur en
déduire sa température de condensation (relation 1) et mesurer sa température de sortie du
purgeur.
Relation 1 :
4
&T #
P = $ eb !
% 100 "
avec T en °C et P en bar (absolue)
Si les deux températures sont sensiblement identiques, alors on peut en déduire que la vapeur
ne subit qu’une condensation mais si la température de sortie est très inférieure à sa
température de changement d’état alors la vapeur subit non seulement une condensation mais
aussi un refroidissement
Si on suppose que le purgeur fonctionne correctement, les deux températures doivent être
sensiblement identiques et la vapeur ne doit subir au sein de l’échangeur qu’une condensation.
Puissance fournie par la vapeur
Débit volumique
Enthalpie de
vaporisation
Puissance
2,0050506
L/h
2250
4511,4
kJ/h
kJ/h
1,47530712
L/h
2250
3319,4
kJ/h
kJ/h
1191,9
26,4
kJ/h
Puissance reçue par l'évaporateur
Débit volumique
Enthalpie de
vaporisation
Puissance
Pertes thermiques
Pertes
% pertes
On peut remarquer que les pertes thermiques sont de l’ordre de 20 %. Pour diminuer cette
valeur, il faudrait calorifuger l’évaporateur.
Connaissant la température extérieure de l’air et la température de la solution diluée dans
l’évaporateur et la surface d’échange on pourrait déterminer le coefficient global d’échange
thermique relatif aux pertes
Bilan thermique au sein du condenseur
Fluide froid :
On doit noter les températures d’entrée et de sortie du fluide froid de l’échangeur à serpentin
TI4, TI6 ainsi que son débit (débitmètre 33 )
Fluide chaud :
On doit noter la température de la vapeur d’eau entrant dans le condenseur TI2 et mesurer
la température de l’eau sortant du condenseur à l’aide d’une prise d’échantillon qui se situe
sur le circuit comprenant la vanne V27.
Vapeur d’eau entrant
Eau chaude sortant
Eau froide
entrant
Eau condensée et refroidie ?
Puissance fournie par la vapeur d'eau (Fluide chaud)
Débit volumique
Enthalpie de vaporisation
Température d'entrée
Température de sortie
Capacité calorifique massique
Masse volumique
Puissance thermique
1,475
2250
100
85
4,18
1,0
3411,9
L/h
kJ/h
°C
°C
kJ/kg/°C
kg/L
kJ/h
Puissance reçue par l'eau froide (Fluide froid)
Débit volumique
Température d'entrée
Température de sortie
Capacité calorifique massique
Masse volumique
Puissance thermique
50
12
25,0
4,18
0,998
2711,6
L/h
°C
°C
kJ/kg/°C
kg/L
kJ/h
700,4
20,5
kJ/h
Pertes thermiques
Pertes
% pertes
Bilan global thermique sur l’évaporateur
Quels sont les fluides thermiques qui entrent et qui sortent du procédé ?
Deux fluides échangent de l’énergie au cours de ce procédé :
 De la vapeur d’eau saturante qui grâce à sa condensation fournit de l’énergie
au bouilleur
 De l’eau froide qui capte de l’énergie en condensant la vapeur d’eau produite
Si l’installation était totalement adiabatique, l’énergie fournie par la vapeur saturante devrait
être égale à celle reçue par l’eau froide circulant dans le condenseur.
Puissance fournie par la vapeur d'eau saturante
Débit volumique
Enthalpie de vaporisation
Puissance
2,01
2250
4511,4
L/h
kJ/h
kJ/h
Puissance reçue par l'eau froide (Fluide froid)
Débit volumique
Température d'entrée
Température de sortie
Capacité calorifique massique
Masse volumique
Puissance thermique
50
12
25,0
4,18
0,998
2711,6
L/h
°C
°C
kJ/kg/°C
kg/L
kJ/h
1799,8
39,9
kJ/h
Pertes thermiques
Pertes
% pertes
 On peut remarquer que les pertes thermiques du procédé sont la somme des
pertes thermiques du bouilleur et du condenseur.
 Les pertes thermiques ne sont pas négligeables de l’ordre de 40 %.