Analyse des propriétés thermiques des fluides

Propriétés physiques des fluides de travail

Le département R&D&I de SACOME continue à offrir à ses clients un service d’analyse des propriétés physiques de leurs fluides de travail. L’objectif de cette analyse est la caractérisation correcte des propriétés qui ont une influence directe sur le processus de transfert de chaleur. Ces propriétés sont : la chaleur spécifique, la conductivité thermique et la viscosité.

Le point de départ de la conception de tout système d’échange de chaleur est la définition de l’évolution de ces propriétés thermiques tout au long du processus, qu’il s’agisse de chauffage ou de refroidissement. Une définition incorrecte de ces propriétés peut conduire à une conception inefficace ou inadéquate.

Paramètres de conception influencés par les propriétés thermiques

En particulier, dans les échangeurs de chaleur tubulaires, deux paramètres de conception sont directement influencés par les propriétés thermiques prises en compte :

la surface d’échange requise. Les propriétés thermiques déterminent (avec d’autres paramètres du processus) le régime de fonctionnement de l’équipement, qui est obtenu à partir de différents nombres sans dimension tels que le nombre de Reynolds, le nombre de Prandtl ou le nombre de Rayleigh, entre autres. Les coefficients de transfert de chaleur sont très différents selon que l’écoulement est laminaire, transitoire ou turbulent. Par conséquent, une caractérisation correcte des propriétés permet d’optimiser la zone d’échange de l’équipement. Elle aide donc le concepteur à ajuster la taille de l’échangeur de chaleur et donc son prix.

Perte de charge estimée. Bien qu’il dépende également du régime de fonctionnement (laminaire, transition ou turbulent), le paramètre déterminant dans ce cas est la viscosité. En général, la viscosité dépend fortement de la température, de sorte que l’hypothèse d’une valeur de température constante peut conduire à un calcul erroné de la perte de charge lorsque la plage de chauffage ou de refroidissement est large. La conséquence directe sera un mauvais dimensionnement de l’échangeur de chaleur tubulaire, ainsi que des autres éléments de l’installation, tels que les pompes, les vannes, etc.

Caractérisation des propriétés thermiques des fluides

Chez SACOME, nous disposons d’équipements de mesure et d’un personnel hautement qualifié. Ceci nous permet de caractériser les propriétés thermiques des fluides de façon fiable et précise, à partir d’un petit échantillon de produit :

La chaleur spécifique. Grâce à un calorimètre différentiel à balayage, nous pouvons appliquer une méthode de température modulée dans laquelle l’échantillon est chauffé en différentes étapes de quelques degrés, séparées par des périodes isothermes, et avec une rampe de chauffage exprimée en ºC/min. L’étalonnage du flux thermique permet une mesure précise de la chaleur spécifique à basse et à haute température.

Conductivité thermique. Elle peut être obtenue par mesure indirecte de la diffusivité thermique, à l’aide de la technique Laser Flash (LFA), ou par mesure directe par contact au moyen d’un capteur inversé, qui permet également de mesurer l’effusivité. L’équipement permet également d’effectuer des mesures à différentes températures.

Viscosité. Un grand nombre de produits transformés dans le secteur alimentaire, ainsi que de nombreux composés résiduels provenant de toutes sortes d’industries, présentent un comportement non newtonien. Par conséquent, la viscosité varie non seulement avec la température, mais aussi avec la contrainte de cisaillement (directement liée à la vitesse d’écoulement et au diamètre de la conduite). Pour une caractérisation correcte de ces fluides, il est nécessaire d’effectuer une étude rhéologique, en utilisant un rhéomètre à la géométrie appropriée et en effectuant un balayage de la vitesse de cisaillement.

Chez SACOME, nous disposons d’équipements de mesure et d’un personnel hautement qualifié. Ceci nous permet de caractériser les propriétés thermiques des fluides de façon fiable et précise, à partir d’un petit échantillon de produit :

La chaleur spécifique. Grâce à un calorimètre différentiel à balayage, nous pouvons appliquer une méthode de température modulée dans laquelle l’échantillon est chauffé en différentes étapes de quelques secondes.