3.9.3. TUYAUTERIES AVEC TRACEURS
1. Traceur extérieur : Il consiste généralement en une ou plusieurs tuyauteries de petit diamètre, véhiculant le fluide chauffant et maintenues contre le tuyau à chauffer au moyen de plats recourbés Fig 1-177 ou encore au moyen de rubans métalliques auto-serrant. Le chauffage s'effectuant sur une génératrice de contact est moins uniforme qu'avec une tuyauterie à enveloppe, mais celui-ci peut être accru en multipliant le nombre de tuyaux chauffants ( traceurs ) et en combinant le calorifuge de façon à créer un matelas d'air chaud autour du tuyau à chauffer. Il faut également tenir compte de la différence de température entre le fluide chauffant et le fluide à chauffer, créant de ce fait un Δt entre les deux tuyaux. Pour cela, il est recommandé de prévoir, de poste en poste, une lyre de dilatation sur les traceurs. Le système de chauffage par traceur extérieur est le plus répandu et le plus facile à réaliser. De plus, il n'y a pas de danger de contamination des deux fluides en cas de fuites dans l'un des tuyaux.
Le tableau Fig 1-178 indique le nombre de traceurs recommandés en fonction de l'utilisation et du " dn "
De la tuyauterie. Le réchauffage s'effectue par portions prévues chacune avec une alimentation et une sortie munie d'un purgeur ( Fig 173 a & b et Fig 1-179 ).
On considère pratiquement que la longueur d'un traceur ne peut être supérieur à 70 m ( vapeur 10 barg ) ni de 35 m pour la vapeur 3 et 5 barg. Pour un traceur dn 15, on admet
que le débit vapeur est de l'ordre de 45 kg/h. Si la ligne comporte plusieurs traceurs, ceux-ci seront alimentés à partir d'un " Barillet " avec vannes ( collecteurs de départ et de recueil ).
Dans le cas des appareils, de vannes, etc.... le traceur sera enroulés autour de l'appareil en spirale, en prévoyant la possibilité de purge ainsi que le démontage de l'appareil.
- Recherche du nombre de traceurs
a) Cas des canalisations: Le calcul du nombre de traceurs est basé sur l'équilibre des apports et pertes thermiques du système.
- L - La quantité de chaleur ( Q1 ) nécessaire
- pour élever la température du fluide passant dans une conduite, de t1 à t2 est donnée par la formule: Q1 = Qv . δ . cp ( t2 - t1 ) = J/h
Qv = débit volumique du fluide process m³/h
δ = masse volumique " " " kg/m³
cp = chaleur spécifique à pression constante du fluide J/kg°C
t1 et t2 = température de fluide avant et après chauffage °C ( ou °K )
- La quantité de chaleur ( Q2 ) nécessaire pour élever la température du métal du tronçon de conduite de longueur L de T1 à T2 est donné par la formule: Q2 = M . L . cp' . ( t2 - t1 )
M = masse unitaire du tube process k/m
L = longueur du tuyau process
cp' = chaleur spécifique du métal ( tuy. process ) ~502 J/kg°C
- La quantité de chaleur perdue par l'isolation ( Q3 ) est donnée par la formule:
Q3 =
he = hr + hc = coefficient de transmission par rayonnement et par conduction du tube ( W/m°K )
Energie thermique globale : Qt = Q1 + Q2 + Q3
Le transfert de chaleur horaire entre le traceur et la tuyauterie process est de l'ordre de t = 40 000 à 60 000 J/h m² °C. ( surface extérieure du traceur par mètre linéaire )
Ql = t . A . Δt . L
Nombre de traceurs n =
Longueur nécessaire d'un traceur pour réchauffer une tuyauterie process : L =
A = surface extérieure du traceur en m² / m
Δt = écart moyen logarithmique entre le fluide chauffant et le fluide process °C
Δt =
tc = température du fluide chauffant °C
t1 = " initiale du fluide process °C
t2 = " finale " " " °C
b) Cas des appareils: La formule permettant le calcul de Q1 deviendra:
Q1 =
M = masse du fluide à chauffer en kg
cp = chaleur spécifique du fluide à chauffer ( W/m°C )
t = durée du chauffage ( h )
Pour Q2 et Q3 voir ci-avant
La longueur du traceur ( serpentin ) sera déterminée au moyen des mêmes formules que pour les canalisations. C'est la perte de charge qui, en fait, conditionne cette longueur. Il est parfois nécessaire e placer plusieurs traceurs en parallèle. Il y a lieu de tenir compte de la déperdition calorifique du réservoir par ses parois.
c) Exemple numérique
Soit une conduite dn 50 ( de = 60,3 mm ; e = 2,9 mm ) véhiculant de l'huile ( δ = 940 kg/m³ ; cp =1884 J/kg°K ). L'huile doit être réchauffée de t1 = 20°C à t2 = 30°C sur une longueur maximale de 60 m, sachant que son débit est de 3 m³/h. Le fluide chauffant est de la vapeur saturée sous 10 barg de pression et une température de 180°C. La conduite sera calorifugée au moyen de laine de roche avec une épaisseur ec = 50 mm ( λ = 0,038 W/m°K ).
Le coefficient d'échange thermique entre métal traceur et tube est de 11 W/m°K. Combien faut-il de traceurs pour cette conduite ?
Q1 = Qv . δ . cp ( t2 - t1 ) = 3 x 940 x 1884 ( 30 - 20 ) = 53 128 800 J/h
Q2 = M . L . cp' ( t2 - t1 )
M = π . dm . et . δ ‘ = 3,14 x ( 0,0603 - 0,0029 ) x 0,0029 x 7850 = 4,103 kg/m
cp' = 502 J/kg°C
Q2 = 4,103 x 60 x 502 ( 30 - 20 ) = 1 235 823,6 J/h
Q3 =
Q3 = 504 964,7 J/h
Qt = 53 128 800 + 1 235 823,6 + 504 964,7 = 54 869 588,2 J/h
ΔT =
Surface A = 3,14 x 0,0213 x 1 = 0,0669 m² ( traceur dn 15 )
Ql = t . A . ΔT . L = 50 000 x 0,0669 x 155 x 60 = 31 108 500 J/h
Nombre de traceurs n =
On peut constater que la plus grande quantité de chaleur à fournir provient de Q1 ( fonction directe du débit ). Pour un liquide immobile nous aurons:
Section tube process =
Volume du liquide à chauffer = 0,0023 x 60 = 0,1399 m³
Quantité de chaleur à fournir Q1' =
Soit Qt' = 2 477 573 + 1 235 823,6 + 504 964,7 = 4 218 361,3 J/h
Soit n =
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