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Réchauffeur d’air à la vapeur

Un réchauffeur d’air alimenté par la vapeur est constitué par un faisceau tubulaire horizontal, la vapeur se condensant à l’extérieur des tubes, le gaz circulant à l’intérieur. A l’entrée la température de l’air est de 15°C, le débit de 538 m3.h-1 et la vitesse doit être d’au moins 10 m.s-1 . A la sortie, la température de l’air doit être égale à 92°C. La vapeur est fournie à 1 bar a et l’on recueille les condensâts à 100°C à raison de 25 kg.h-1. Les tubes utilisés sont en acier , de diamètre 27/35.

1°) Calculer le nombre de tubes nécessaires pour respecter la contrainte de vitesse sur l’air à l’entrée. Calculer alors la vitesse à la sortie de l’échangeur. Calculer le flux reçu par l’air dans l’échangeur.
2°) Calculer les résistances thermiques par conduction et par convection à l’intérieur et à l’extérieur d’un tube de longueur égale à 1 mètre.
3°) Ecrire la relation permettant de calculer le flux échangé pour N tubes de longueur L
4°) Le faisceau est constitué de 26 tubes. En écrivant l’égalité entre flux échangé et flux reçu par l’air, calculer la longueur de tube L nécessaire pour assurer cet échange.
6°) Calculer les pertes thermiques de l’échangeur et son rendement.

Données:

  • coefficient d’échange côté vapeur hvapeur=10000 kcal.h-1.m-2.°C-1 , côté air hair=100 kcal.h-1.m-2.°C-1,
  • λacier=40 kcal.h-1.m-1.°C-1, Lveau=539 kcal.kg-1, Cpair=0.24 kcal.kg-1.°C-1.
  • ρair, 15°C=1.23 kg.m-3, ρair, 92 °C=0.97 kg.m-3
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