Déterminer l'épaisseur du calorifuge (économique)

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3.11 DETERMINATION DE L’EPAISSEUR DU CALORIFUGE
Les critères habituellement retenus pour la recherche de l’épaisseur d’un calorifuge sont:

- Le critère économique
- Le critère de la température de surface ( protection du personnel )
- Le critère de l’énergie calorifique ( ou frigorifique ) perdue
- Le critère de la chute de température dans la conduite

3.11.1 LE CRITERE ECONOMIQUE

Dans ce cas, l’épaisseur de l’isolant sera déterminée en fonction du coût de la perte d’énergie. L’ensemble de ces coûts devra être minima.



a) Coût de l'investissement

Coût du calorifugeage et de la main d'œuvre.
Le coût de l'isolation peut être décomposé en 2 termes :

- Le premier terme proportionnel au volume de l'isolant.
- Le deuxième terme proportionnel à la surface extérieur de l'isolant.

Le coût total par mètre linéaire peut s'écrire comme suit : C1 = X . V + Y . S
X = prix en Euro/m³
Y = prix en Euro/m²
S = surface du revêtement extérieur par m
S = π ( di + ec ) ec = eps calorifuge
V = volume par metre linéaire de l'isolant
V = π ( di . ec + ec² )

b) Coût de l'installation : ( pertes d'énergie calorifique à travers l'isolation pendant la durée de fonctionnement prévue ).



C2 = 3600 . Q . CA .
. Ku formule dans laquelle :

Q =
= W/m ( Joules )

Toutefois, ce coût C2 s'étend sur toute la durée du fonctionnement et doit donc être actualisé sur N années. CA est le coefficient d'actualisation suivant le tableau Fig 1-194.

N =nombre d'heures de fonctionnement
Ku = prix unitaire de l'énergie Euro/Joule
N = nombre d'années de fonctionnement.

c) Optimisation : Une méthode simple consiste à réaliser le calcul C1 et de C2 pour un diamètre donné, en faisant varier l'épaisseur pour en déduire la valeur de l'épaisseur de l'isolant. Pour ce faire, on utilise les tableaux Fig 1-189 à 191 donnant en première approximation l'épaisseur des isolants en fonction du type d'isolation, du diamètre nominal de la conduite et de la température du fluide véhiculé.

Il existe évidemment d'autres méthodes plus analytiques ( WADIL, VDI, …. )



d) Exemple numérique

Données : di = 273 mm ( dn 250 )

ti = 480 °C ( Ti = 753 °K )
ta = 20 °C ( Ta = 293 °K )
Protection calorifuge = ac. Galvanisé
Vent = 2,5 m/s
he = hr + hc = coefficient de transmission +coefficient de transmission par convection. Les valeurs de hr et hc peuvent déduites des relations suivantes :

hr =
= W/m².°K

C = coefficient de rayonnement du matériau de protection ( W/m².°K )

Alu brillant C = 0,22
‘’ terni = 0,41
Ac. galvanisé = 1,59
Ac. inox = 0,15
hc ( air calme ) peut être déduit par la relation hc = 1,21


Pour une vitesse de vent > 1 m/s : hc =


Rappel: pour déterminer la vitesse du vent en fonction de la pression dynamique imposée dans les normes

( NBN, EUROCODES,.... ), on utilise la relation V = 4


ex. qd = 100 dan/m² V = 4
= 40 m/s

Solution

hr =
= 1,4 W/m².°K

hc =
= 9,75 W/m².°K et ( de = di + 2 ec )

he = 1,4 + 9,75 = 11,5 W/m².°K

En première approximation on peut utiliser pour ( he ) la valeur de 11 W/m².°K pour l’acier galvanisé.

Coût du calorifuge X = 175 €/m³ ; Y = 40 EUR/m² ( prix fictifs )
( Valeurs à vérifier auprès des fournisseurs d’isolant )
Nombre d’heures de fonctionnement prévues = 87 600 h (N = 10 ans)
Coût de l’énergie Ku = 10.10 -8 €/J (prix fictif à vérifier également)
Coût de l’argent t = 8%, par exemple, soit CA = 6,71 pour N = 10 ans ( FIG 1-194 )
Eps en mètre (sur base FIG 1-189) 0,11 m 0,13 m 0,15 m
V = 3,14 ( di . ec + ec² ) = m³ 0, 1323 0,165 0,199
S = 3,14 ( di + 2 . ec ) = m² 1,548 1,674 1,799
C1 = X . V + Y . S = € 85 95,83 106,78

Q =
= W / m 446,4 395,4 106,78
C2 = 3600 x Q x CA x
x Ku = 236,15 209,18 190,45x C1 + C2 = Euro 321,15 304,01 297,23

L’épaisseur de 130 mm offre une bonne moyenne au niveau de la rentabilité.

 
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