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Coefficient de transfert thermique

Le coefficient de transfert thermique α est utilisé pour estimer l’état d’un échangeur de chaleur. Dans l’état idéal, aucun dépôt ne se produit à l’intérieur d’un échangeur de chaleur. Dans ce cas, le flux de chaleur et la perte de pression restent constant.
Mais quiconque utilise un échangeur de chaleur trouvera tôt ou tard des dépôts. L’encrassement des échangeurs de chaleur est un phénomène commun.
Les dépôts en formation agissent comme une isolation qui conduit alors à un transfert de chaleur plus faible. Comme le débit massique et les températures ne sont pas toujours constants, nous préférons utiliser le coefficient de transfert thermique plutôt que l’énergie transmise pour surveiller la performance de l’échangeur thermique et donc des anneaux Merus.

Comment calcule-t-on le coefficient de transfert thermique

Afin de calculer le coefficient α on a besoin des valeurs relativement faciles a obtenir telles que la température et le flux volumique:

Énergie transférée (Q) au sein de l’échangeur:
Q = α x A x (T2 – T1) x Δt
avec: α = coefficient de transfert thermique, A = surface d’échange en mètres carrés, (T2 -T1)= différence de température de part et d’autre de la surface d’échange en kelvins, Δt = intervalle de temps en secondes

L’énergie libérée d’un liquide (Q):
Q =cp x dm x (T2 – T1) x Δt
avec: cp= capacité thermique du fluide, dm= débit massique, (T2 – T1) = différence de température entre entrée et sortie, Δt = intervalle de temps en secondes

assimiler les deux formules et utiliser température moyenne logarithmique ΔTm

co-courant: HeatTransferCoefficient1contre-courant

avec:  Te = température d’entrée du fluide chaud, Ts = température de sortie du fluide chaud
te = température d’entrée du fluide froid, ts = température de sortie du fluide froid

résultats dans le coefficient de transfert thermique (α):

HeatTransferCoefficient2
Pour voir le développement du coefficient de transfert thermique, nous n’avons pas besoin de chiffres absolus. Nous pouvons définir la zone A, la densité ρ et la capacité thermique du liquide comme valeurs constantes. cp = A = ρ = 1.  Avec dm= dv  x ρ  nous obtenons  le coefficient de transfert thermique „qualitatif“ αm .

HeatTransferCoefficient3


Avec: T2 et T1 les températures d’entrée et de sortie du liquide avec le débit volumique mesuré.

En mesurant 4 températures et un débit volumétrique, on obtient une valeur avec laquelle le changement d’état peut être facilement lu.

Si vous avez besoin d’aide pour calculer ou analyser et interpréter vos résultats du terrain, n’hésitez pas a nous contacter par Email.

Le coefficient de transfert thermique est une grandeur de procédé

Certaines personnes s’interrogent sur le coefficient de l’eau ou bien le transfert de chaleur du cuivre ou de l’acier. Il n’y a rien de tel. En effet, le transfert de chaleur dépend de la surface du matériau utilisé et du fluide qu’on veut refroidir ou chauffer. C’est une grandeur réelle du transfert de chaleur qui se produit entre un fluide et un corps. Par exemple, le transfert de chaleur entre l’eau qu’on veut refroidir et métal de l’échangeur de chaleur.

Le coefficient de transfert de chaleur dépend uniquement du fluide, de son mouvement et de la surface solide du corps échangeur. Cependant, il ne dépend pas du matériau du corps solide.

Pour mettre les choses un peu plus au clair, voici un exemple concret:

On suppose qu’on a des tubes dans de l’eau (par exemple des faisceaux de tubes dans un échangeur tubulaire). Si l’eau reste immobile, le transfert de chaleur sera compris entre 350 et 500 W/(m2K). Dans le cas où l’eau coule, le transfert de chaleur possible sera entre 350 et 2100 W/(m2K). Ayant les mêmes conditions de mise en place et le même équipement et ne changeant que la vitesse d’écoulement de l’eau, on pourra transférer 4 fois plus d’énergie. Valeurs indicatives selon tableaux (Fig. VIII-5)[Kuchling].

D’autres personnes calculent également la grandeur U qui se réfèrent au coefficient global de transfert thermique ou coefficient de transmission thermique. Celui-ci représente une valeur plus principale. Le coefficient U donne, au niveau du design de l’échangeur de chaleur, une indication de l’adéquation de certains matériaux pour la construction d’une zone de transfert de chaleur.

Ainsi, on peut prendre conscience de l’ampleur et de l’importance de la propreté des surfaces d’échange. Puisque la saleté, le calcaire, la corrosion ou la biomasse font diminuer le transfert thermique, il est important de remédier a leur émergence.

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