Comment réaliser une transformation adiabatique
Sommaire:
Une transformation adiabatique est une transformation qui ne modifie pas la température d’un gaz. Cette transformation est réalisée en utilisant un échangeur thermique, c’est-à-dire un appareil permettant de transférer la chaleur d’un fluide vers un autre. Dans le cas d’une transformation adiabatique, on utilise l’énergie thermique du fluide chaud pour chauffer le fluide froid. Nous allons voir comment réaliser une transformation adiabatique et quels sont les avantages et inconvénients de ce type de transformation.
La transformation adiabatique est l’un des processus les plus importants en thermodynamique
Les échangeurs de chaleur sont utilisés dans toute une série de processus industriels, ils permettent notamment la transformation adiabatique.
La transformation adiabatique est l’un des processus les plus importants en thermodynamique.
Les échangeurs de chaleur sont utilisés dans toute une série de processus industriels, ils permettent notamment le transfert thermique entre des fluides ou des solides à températures différentes et avec un gradient thermique différent.
Les échangeurs de chaleur peuvent être réalisés selon différentes structures : tubes et canaux, plaques et nervures, spirales… Ce qui va nous intéresser ici c’est l’utilisation d’une structure tubulaire pour transférer la chaleur entre un liquide (eau) ayant une température supérieure à 100°C et un gaz (air) ayant une température inférieure à 100°C.
Il en résulte donc que lorsque le flux du fluide gazeux est inversée par rapport au flux du fluide liquide, on obtient un cycle frigorifique avec refroidissement final par eau froide. Dans ce cas présent on utilise 4 tubes concentriques placés dans un cylindre creux en acier allié comportant 2 entrée/sorties opposée parallèles.
Le tube central contient le fluide caloporteur dont la température est comprise entre 50°C et 80°C alors que les 3 autres tubes contiennent l’eau froide dont la température est comprise entre 10°C et 15°C .
Lorsque le cycle est fermée alors on obtient un cycle frigorifique avec condensation interne pour refroidir l’eau froide puis refroidissement final par eau froide.
La transformation adiabatique est un processus qui se déroule sans échange de chaleur avec l’extérieur
Dans une installation de réfrigération, la transformation adiabatique est un processus qui se déroule sans échange de chaleur avec l’extérieur.
Les fluides frigorigènes sont des fluides naturels ou synthétiques appartenant à la famille des hydrocarbures halogénés.
Le but d’un échangeur thermique adiabatique est le transfert de chaleur entre un fluide caloporteur et un autre fluide à plus bas point d’ébullition (gaz ou vapeur).
Lorsque les températures sont différentes, une partie du travail effectué par le liquide précédent est transférée au liquide suivant.
La chaleur peut être transmise soit par conduction, soit par rayonnement (lorsque les températures sont très différentes).
Il existe deux types d’installations :
- Les installations utilisant comme fluide caloporteur de l’air pulsé
- Les installations utilisant comme fluide caloporteur un gaz
La transformation adiabatique est un processus réversible
Nous allons faire un tour d’horizon sur les échangeurs thermiques. Quels sont les différents types d’échangeurs ? Est-ce que la transformation adiabatique est réversible ? Quelle est l’influence du type de fluide sur le fonctionnement de l’échangeur? Comment optimiser la surface des échangeurs? Nous allons faire un tour d’horizon sur les échangeurs thermiques: Les différents types d’échangeurs : Il existe plusieurs types de systèmes pour transférer la chaleur entre un fluide et un autre, dont nous citons principalement :
- Les tubes en U ou à ailettes,
- Les caloducs,
- Les plaques perforées.
La transformation adiabatique est un processus réversible: On retient souvent que ce phénomène n’est pas réversible. En effet, une température ne peut pas être modifiée en retour au point initial. Cependant, il existe des systèmes qui permettent de transformer l’état physique du fluide sans qu’il y ait modification de sa température. Ces systèmes sont appelés « transformation adiabatique » ou « friction adiabatique ».
Les avantages de cette technique sont multiples : Elle permet d’effectuer des transformations importantes de température sans modifier son état physique. Elle permet aussi une grande efficacité. Elle permet une meilleure isolation thermique du circuit et donc une consommation moindre pour le chauffage ou la climatisation.
Le coût des transformateurs adiabatiques est maintenant bien inférieur aux autres moyens utilisés pour effectuer ces opérations (tubes en U par exemple).
La transformation adiabatique est un processus isentropique
Le processus de transformation adiabatique est un phénomène physique qui permet la conversion d’un changement de température en un autre. Ce phénomène est utilisé dans différents domaines, notamment le chauffage et le refroidissement, la production d’énergie électrique et la production d’eau chaude sanitaire.
La transformation adiabatique peut être réalisée par l’intermédiaire de différents types d’appareils.
Il s’agit des chaudières, des échangeurs thermiques, des tubes à ailettes ou encore des radiateurs à convection naturelle.
La transformation adiabatique peut être mise en œuvre par l’intermédiaire de différents types d’appareils : Chaudière: Lorsque la chaudière fonctionne, elle transmet sa chaleur à l’eau qu’elle contient (chaleur latente). Échangeur thermique: Lorsqu’il y a une évolution entre les températures de fluide en contact avec l’une ou l’autre face du corps (changement de direction), il y a alors une transformation adiabatique (lorsque vous passez du chaud au froid). Tubes à ailettes: Un système qui permet la circulation du fluide (air ou eau) dans une tuyauterie pour faire monter sa température. Radiateurs à convection naturelle: Les radiateurs permettent aux personnes présentes sur place de se chauffer elles-mêmes grâce au courant d’air produit par le système.
Le transfert calorifique est effectué par conduction et radiation (rayonnement infrarouge).
La transformation adiabatique est un processus qui conserve le nombre de particules
Lors de la transformation adiabatique, les particules sont conservées dans les conditions de pression et de température initiales. En effet, l’utilisation du terme « adiabatique » est due au fait que la transformation n’est pas réversible.
Les transformations adiabatiques sont principalement utilisées pour le chauffage des locaux. Elles peuvent être mises en œuvre pour le chauffage ou pour la climatisation des locaux, ainsi que pour le refroidissement des locaux. Selon l’application visée, on distingue plusieurs types d’échangeurs thermiques : – Les échangeurs à plaques et tubes : ils sont utilisés pour le chauffage ou la production d’eau chaude sanitaire par une transformation adiabatique.
Ils permettent une grande surface transmissible ; – Les échangeurs à plaques et grilles : ils sont utilisés comme équipements de transferts thermiques sur les installations industrielles (chimie, pâte à papier) ; – Les échangeurs à plaques et tubes horizontaux : ils sont utilisés comme systèmes monotube ou bitube sur les chaudières domestiques (chauffe-bain gaz), industrielles (cogénération) ou tertiaires (climatisation). Ces systèmes présentent un bon rendement global car ils peuvent être couplés avec des turbines productrices d’électricité ; -Les échangeurs tubulaires: ce type d’appareil permet de produire simultanément du chauffage et de l’eau chaude sanitaire par un processus adiabatique.
La transformation adiabatique est un processus qui conserve l’énergie
L’échangeur thermique, à la différence des autres systèmes de chauffage, possède un rendement optimal. En effet, lorsque l’on utilise un échangeur thermique pour chauffer une pièce, le rendement de ce dispositif est très élevé.
L’échangeur thermique transforme un fluide en chaleur dans le but de réchauffer ou de refroidir un autre fluide. Ce dispositif est beaucoup plus efficace que les systèmes conventionnels qui ne peuvent transformer qu’une petite partie de l’énergie reçue par le fluide.
L’idée n’est pas nouvelle. Dans les temps anciens, les hommes ont déjà utilisés cette technique pour se chauffer et cuire leurs aliments dans des chaudrons ouverts. Cependant, ce type d’appareil n’était pas aussi performant que les échangeurs actuels et il était très coûteux à fabriquer.
Il fallait donc attendre longtemps avant que les premiers prototypes soient sur le marché et se sont surtout vendus au Moyen-Orient et en Afrique du Nord..
La transformation adiabatique est un processus qui conserve la quantité de mouvement
La transformation adiabatique est un processus qui conserve la quantité de mouvement. Dans ce type de transformation, un fluide ne peut être ni comprimé ni dilaté. On distingue deux types d’échangeur thermique : l’échangeur à contre-courant et l’échangeur à co-courant. Un échangeur à contre-courant est doté d’un circuit fermé et d’un autre ouvert.
Lorsqu’un fluide circule en sens inverse dans le circuit fermé, la chaleur se transmet au fluide extérieur et inversement, le fluide extracellulaire transfère sa chaleur au fluide intramoléculaire. Un échangeur à co-courant présente des conduites en parallèle.
Le liquide s’y déplace vers l’extrémité chaude et ressort par l’autre extrémité du réchauffeur pour revenir vers le liquide chaud après avoir étendu sa température entre temps.
La transformation adiabatique est un processus qui peut être réalisé en isotherme
L’échangeur thermique est un dispositif qui permet de faire circuler un fluide caloporteur en vue d’un transfert thermique entre ce fluide et une source froide ou chaude.
Lorsque l’on utilise des échangeurs de chaleur, on peut réaliser une transformation adiabatique. En effet, si le fluide caloporteur est suffisamment froid, il peut être refroidi par la source froide et ainsi subir une transformation adiabatique. Cette transformation adiabatique nécessite cependant que le fluide soit exempt de toute impureté susceptible de diminuer son efficacité. On distingue plusieurs types d’échangeurs thermiques :
- Les échangeurs à tube droit: Ces échangeurs sont constitués d’une succession de compartiments étanches emboîtés les uns dans les autres.
- Les échangeurs à tube-en-tube: Ce sont des tubes enroulés les uns sur les autres.
- Les échangeurs à plaques: Les plaques sont assemblées afin de former un circuit fermé.
L’échangeur thermique est un équipement de chauffage et de refroidissement qui permet d’obtenir une grande quantité d’énergie thermique à partir d’un fluide (généralement de l’air) en utilisant des transferts de chaleur entre ce fluide et le matériau du corps échangeur (généralement, une plaque).