Diagramme d'échangeur de chaleur et circuits caloporteurs

Terminale Technologique · Physique-Chimie Terminale Technologique

À retenir

• Fluide chaud : il se refroidit, la puissance est cédée (_chaud = q_m,chaud c_chaud |T_sortie - T_entrée|). • Fluide froid : il se réchauffe, la puissance est absorbée (_froid = q_m,froid c_froid |T_sortie - T_entrée|). • L'efficacité maximale est obtenue avec une circulation "à contre-courant" (les fluides entrent à des extrémités opposées).

Le cours

1. Principe de l'échangeur de chaleur Un échangeur permet de transférer de l'énergie thermique d'un fluide « primaire » (chaud) vers un fluide « secondaire » (froid), sans jamais les mélanger, grâce à une paroi conductrice séparatrice. Le fluide qui transporte l'énergie dans un circuit (eau glycolée d'un capteur solaire, eau d'un chauffage central) est appelé fluide caloporteur. La puissance échangée par un fluide circulant sans changement d'état s'écrit : = q_m c T où q_m est le débit massique (kgs^-1), c la capacité thermique massique et T l'écart de température entre sa sortie et son entrée. Si l'on connaît le débit volumique : q_m = q_v. 2. Lire le diagramme des températures On trace la température de chaque fluide le long de l'échangeur. La courbe du fluide chaud descend, celle du fluide froid monte ; l'écart vertical entre les deux courbes est l'écart de température qui entretient le transfert. Le plus petit de ces écarts s'appelle le pincement. • Co-courant : les deux fluides entrent du même côté. L'écart est grand à l'entrée puis se resserre ; la sortie du froid reste toujours sous la sortie du chaud. • Contre-courant : les fluides entrent par des extrémités opposées. L'écart reste à peu près régulier et la sortie du froid peut dépasser la sortie du chaud : c'est la disposition la plus efficace. 3. Bilan de puissance Pour un échangeur bien isolé : q_m,chaud\,c_chaud\,(T_e,chaud - T_s,chaud) = q_m,froid\,c_froid\,(T_s,froid - T_e,froid). On écrit chaque écart dans le sens qui le rend positif.

Dans ce chapitre