Calculateur préliminaire de surface d’échangeur thermique

Calcul de la surface d’un échangeur

La puissance transférée dépend de la surface, de l’écart moyen de température entre fluides et de la facilité du transfert : Q = U × A × F × ΔT_lm.

Q est la puissance en W. U est le coefficient global en W/(m²·K), qui réunit convection des deux côtés, conduction dans la paroi et encrassement. ΔT_lm est la moyenne logarithmique et F le facteur de correction des écoulements, égal à 1 pour les écoulements opposés ou parallèles. La surface est A = Q / (U × F × ΔT_lm).

Déterminer la puissance

Elle provient généralement du chauffage ou du refroidissement d’un fluide : Q = ṁ × c_p × ΔT. Chauffer 1,2 kg/s d’eau de 20 °C à 80 °C demande 1,2 × 4,18 × 60 = 301 kW.

Exemple

Ces 301 kW sont fournis en écoulements opposés par une eau géothermale entrant à 160 °C et sortant à 125 °C. Les écarts terminaux sont 80 K et 105 K, leur moyenne logarithmique 92 K. Avec U = 640 W/(m²·K), la surface est 301 000 / (640 × 92) = 5,11 m².

U et encrassement

U est l’incertitude principale. Pour les mêmes fluides, la vitesse et le type d’échangeur peuvent le multiplier par plusieurs fois. L’outil ne propose donc aucune valeur et donne seulement des plages approximatives dans l’aide.

Tartre, rouille et dépôts s’accumulent avec le temps. On ajoute leur résistance : 1 / U_k = 1 / U + R_f. Avec un U élevé, une faible résistance d’encrassement augmente déjà sensiblement la surface.

Limites

Ce calcul est préliminaire. En conception réelle, U découle des coefficients d’échange des deux côtés, les pertes de pression sont vérifiées et la mécanique respecte le code. Si les températures de sortie sont inconnues, utilisez la méthode efficacité et NTU.