SR260916SA01 Appareil d'étude du transfert de chaleur - Équipement pédagogique scolaire - Banc de formation professionnelle - Équipement de formation thermique
SECTION 1 : CONTEXTE ET OBJECTIF (ÉNONCÉ DE L'OBJECTIF)
Contexte et nécessité opérationnelle :
Le programme de travaux pratiques d'ingénierie exige un équipement spécialisé pour former les étudiants et développer leurs compétences pratiques en matière de phénomènes de transport et d'expérimentation analytique. L'appareil d'étude des transferts thermiques est indispensable à la démonstration pratique et à l'enseignement en laboratoire des mécanismes fondamentaux de transfert thermique (conduction, convection, coefficients globaux de transfert thermique et profils de température) et de leurs applications pratiques dans les industries chimiques, pétrochimiques, pharmaceutiques et agroalimentaires.
SECTION 2 : ARCHITECTURE ET CONFIGURATION GÉNÉRALES DU SYSTÈME
L'appareil d'étude des transferts thermiques doit constituer un système expérimental didactique complet comprenant deux principaux dispositifs expérimentaux fonctionnels :
1. Unité expérimentale d'échangeur de chaleur : destinée à l'étude des principes d'échange thermique fluide-fluide, elle est équipée de modules interchangeables, notamment un échangeur de chaleur tubulaire et un échangeur de chaleur à calandre et tubes, installés et interconnectés sur une unité de service dédiée afin de faciliter l'analyse comparative des performances. 2. Unité expérimentale de conduction thermique : destinée à l’étude du transfert de chaleur par conduction dans les matériaux solides, elle comprend une unité de conduction thermique linéaire et une unité de conduction thermique radiale pour une analyse comparative de différentes géométries et sections transversales.
SECTION 3 : SPÉCIFICATIONS TECHNIQUES DÉTAILLÉES
3.1 Unité expérimentale d’échangeur de chaleur (1 ensemble complet)
3.1.1
Unité de base : bain thermostaté / unité de service (Quantité : 1 unité)
3.1.1.1
Le bain doit être fabriqué en acrylique transparent pour une inspection et une observation visuelles optimales. Il comprend un élément chauffant électrique de 2 kW, capable d’atteindre des températures jusqu’à 80 °C, et équipé d’un capteur de température automatique.
3.1.1.2
Équipé d’une pompe centrifuge pour la circulation de l’eau entre le bain thermostaté et les modules d’échangeur de chaleur. 3.1.1.3
Équipé d'un système de mesure de débit couvrant la plage de 0,3 à 10 L/min, avec une résolution de réglage de 0,1 L/min.
3.1.1.4
Le sens d'écoulement doit être reconfigurable/commutable pour étudier les régimes d'écoulement à co-courant (parallèle) et à contre-courant.
3.1.1.5
Possibilité de raccordement à un système d'alimentation/refroidissement d'eau froide externe ; équipé d'un dispositif de régulation de pression d'entrée et d'une vanne de régulation de débit.
3.1.1.6
Équipé de capteurs de température utilisant des thermocouples de type K et T, couvrant une plage de mesure de 0 à 75 °C avec une résolution de 0,1 °C.
3.1.1.7
POINT CRITIQUE DE CONCEPTION : Instrument de mesure de température polyvalent :
1) Équipé d'une sonde de température à thermistance en acier inoxydable S316. 2) Plage de mesure : -30 à 120 °C avec une résolution d'affichage de 0,1 °C.
3) Voyant d'état de l'instrument à 5 niveaux/modes de clignotement distincts pour signaler les états de fonctionnement et faciliter le suivi visuel.
3.1.1.8
Connexion possible avec un ordinateur externe via un port USB ou une interface industrielle équivalente pour l'enregistrement, l'affichage et la génération de rapports en temps réel des données d'essais expérimentaux.
3.1.2
Module d'échangeur 1 : module d'échangeur de chaleur tubulaire (quantité : 1 unité).
3.1.2.1
Doit être solidement fixé sur le bain de service à température contrôlée et s'intégrer parfaitement au système de circulation d'eau.
3.1.2.2
Conçu avec 4 tubes concentriques, permettant la circulation de l'eau chaude dans le tube intérieur et de l'eau froide dans l'espace annulaire extérieur.
3.1.2.3
Les tubes d'échange thermique intérieurs doivent être en acier inoxydable et les tubes extérieurs en acrylique transparent pour l'observation visuelle des phénomènes d'écoulement.
3.1.2.4
La surface d'échange thermique effective totale doit être de 0,08 m².
3.1.2.5
Équipé de capteurs de température aux points de mesure d'eau chaude et d'eau froide, soit un total de 6 points de mesure (entrées, passages intermédiaires et sorties).
3.1.3
Module d'échangeur 2 : échangeur de chaleur à calandre et tubes (Quantité : 1 unité)
3.1.3.1
Doit être solidement fixé sur le bain de service thermostaté et s'intégrer parfaitement au circuit d'eau de circulation.
3.1.3.2
Le faisceau tubulaire doit comporter 6 tubes intérieurs de 6 mm de diamètre intérieur.
3.1.3.3
Les tubes de transfert thermique intérieurs doivent être en acier inoxydable et la calandre extérieure en acrylique transparent avec des chicanes internes permettant d'observer l'écoulement.
3.1.3.4
La surface d'échange thermique effective doit être de 0,02 m². 3.1.3.5
Équipé de capteurs de température aux entrées et sorties des flux chauds et froids, soit 4 points de mesure au total.
3.1.4
Capacités expérimentales obligatoires (Objectifs pédagogiques) :
3.1.4.1 Transfert de chaleur indirect (chauffage/refroidissement) à travers des parois de séparation.
3.1.4.2 Démonstration du sens d’écoulement : co-courant vs contre-courant.
3.1.4.3 Analyse du régime d’écoulement dans un échangeur de chaleur à calandre et tubes.
3.1.4.4 Transition d’un écoulement laminaire à un écoulement turbulent.
3.1.4.5 Calculs du bilan énergétique (bilan thermique) et du rendement à partir des débits et des flux thermiques.
ΔT.
3.1.4.6 Analyse comparative de l'efficacité opérationnelle et thermique des différents types d'échangeurs.
3.1.4.7 Détermination du coefficient global de transfert thermique (U).
3.1.4.8 Influence du débit du fluide sur le coefficient global de transfert thermique (U).
SECTION 3.2 : UNITÉ EXPÉRIMENTALE DE CONDUCTION THERMIQUE (TOTAL : 1 ENSEMBLE COMPLET)
3.2.1
Unité de contrôle de la conduction thermique - Unité principale de contrôle et de service (Quantité : 1 unité)
3.2.1.1
La console de contrôle principale doit être compacte et conçue pour une installation sur paillasse ou table de laboratoire.
3.2.1.2
Interfaces de signaux d'entrée :
1) Entrées pour capteurs de température à thermocouple pouvant accepter jusqu'à 12 positions. 2) Interface de commande pour la régulation du débit d'eau de refroidissement en circuit fermé (vanne de régulation externe)
3.2.1.3
Signaux de sortie :
1) Signal de sortie linéaire 24 V pour actionneurs et modules thermoélectriques Peltier.
2) Sortie 24 V CC pour ventilateurs, éléments chauffants et pompes de circulation.
3.2.1.4
Équipé d'un capteur de débit d'eau de refroidissement couvrant une plage de 0,6 à 10 L/h (résolution de 0,1 L/min), fonctionnant jusqu'à 125 °C.
3.2.1.5
Prise en charge de 12 canaux de mesure par thermocouple, couvrant une plage de températures de 1 à 125 °C (résolution de 0,1 °C). 3.2.1.6
EXIGENCE DE PROPRIÉTÉ CRITIQUE
Doit intégrer un capteur d'humidité relative environnementale mesurant de 0 à 100 % HR avec une résolution de 0,01 % HR et capable de mesurer/calculer la température du point de rosée
de -50 à 80 °C avec une résolution de 0,1 °C.
3.2.1.7
EXIGENCE DE TENSION DE SÉCURITÉ CRITIQUE
Le système de commande électrique doit fonctionner à une tension de sécurité extrêmement basse de 27 V afin de protéger les opérateurs contre les risques électriques.
3.2.1.8
Possibilité de se connecter à un ordinateur externe via un port USB ou une interface industrielle équivalente pour enregistrer et générer des rapports sur toutes les données expérimentales. 3.2.2
Module de conduction 1 - Conduction thermique linéaire expérimentale
Module (Quantité : 1 jeu)
3.2.2.1
Capteurs thermocouples installés le long des sections chauffées et refroidies, avec un espacement de 15 mm entre les capteurs :
1) Capteurs de température de la section de chauffage : 3 points.
2) Capteurs de température de la section de refroidissement : 3 points.
3) Capteurs de température de l’éprouvette intermédiaire : 2 points.
3.2.2.2
DIMENSIONS CRITIQUES DES ÉCHANTILLONS - Éprouvettes interchangeables pour essais de conduction thermique :
1) Éprouvette en laiton : 2 pièces, Ø 25 mm x 30 mm (L), s’insère entre les sections chauffées et refroidies.
2) Éprouvette en acier inoxydable : 2 pièces, Ø 25 mm x 30 mm (L), s’insère entre les sections chauffées et refroidies. 3) Éprouvette en aluminium : 2 pièces, Ø 25 mm x 30 mm L, à insérer entre les sections chauffées/refroidies.
4) Éprouvette en acier inoxydable (diamètre réduit) : 2 pièces, Ø 13 mm x 30 mm L.
5) Éprouvette en aluminium (diamètre réduit) : 2 pièces, Ø 13 mm x 30 mm L.
6) Éprouvette en laiton (diamètre réduit) : 2 pièces, Ø 13 mm x 30 mm L.
(Total : 12 éprouvettes de précision, 3 matériaux et 2 diamètres confondus)
3.2.2.3
Équipé de raccords rapides auto-étanches pour le raccordement à la circulation d’eau froide externe. 3.2.2.4
La puissance de chauffage électrique de la section chauffante doit être de 60 W.
3.2.3
Module de conduction 2 : Module expérimental de conduction thermique radiale (Quantité : 1 unité)
3.2.3.1
Ce module est conçu avec un chauffage électrique central au niveau du disque et un refroidissement périphérique par eau sur sa circonférence extérieure afin de créer des gradients thermiques radiaux.
3.2.3.2
Le diamètre du disque conducteur métallique doit être de 110 mm et son épaisseur de 3 mm.
3.2.3.3
Ce module est équipé de capteurs de température disposés radialement du centre du disque vers l’extérieur.
3.2.3.4
Ce module est équipé de raccords rapides auto-étanches pour le raccordement au circuit de refroidissement externe. 3.2.3.5
La puissance de chauffage électrique de l'élément chauffant principal doit être de 100 W.
3.2.4
Domaine d'expérimentation obligatoire sur la conduction :
3.2.4.1 Application de l'équation de Fourier à la conduction dans les solides.
3.2.4.2 Détermination du profil de température en régime permanent pour des matériaux simples et composites.
3.2.4.3 Détermination de la conductance/résistance thermique globale pour des matériaux dissemblables.
3.2.4.4 Détermination de la conductivité thermique (k) de divers échantillons métalliques.
3.2.4.5 Effet de la variation de la section transversale sur la résistance thermique (environ 25 mm² contre environ 13 mm²). 3.2.4.6 Détermination de la conductivité thermique (k) pour une géométrie de disque radial
SECTIONS 3.3 - 3.7 : ÉQUIPEMENTS AUXILIAIRES, TRAITEMENT DES DONNÉES ET POSTE DE TRAVAIL
3.3
Bac réfrigéré à circulation/refroidisseur à température externe contrôlée (Quantité : 2 unités) :
3.3.1 Capacité : 30 litres
3.3.2 Plage de contrôle de la température : 5 à 35 °C ou plus
3.3.3 Débit de circulation vers les unités expérimentales : 0,1 L/min
3.3.4 Panneau d'affichage numérique indiquant la température interne du bain et les paramètres de contrôle
3.3.5 Dispositifs de sécurité : 1) Tuyau d'évacuation des débordements, 2) Détecteur de niveau de liquide, 3) Protection contre la surchauffe 3.4
Station de travail informatique pour le traitement de données (Quantité : 2 ensembles complets) :
3.4.1 Unité neuve, non reconditionnée.
3.4.2 Processeur Intel Core i5, fréquence d'horloge de 2,0 GHz ou supérieure à la livraison.
3.4.3 Mémoire vive : 16 Go.0 Go.
3.4.4 Stockage SSD 1 To.
3.4.5 Moniteur LED 24 pouces.
3.4.6 Licence à vie Microsoft Windows 11 (ou version ultérieure) authentique et préinstallée.
3.4.7 Licence à vie Microsoft Office (Word, Excel, PowerPoint) authentique et préinstallée (interface utilisateur thaï/anglaise).
3.4.8 Souris optique sans fil avec molette de défilement (même marque).
3.4.9 Portail d'assistance en ligne du fabricant OEM pour le téléchargement du BIOS et des pilotes.
3.5
Alimentation électrique et compatibilité environnementale :
Tous les équipements mentionnés aux points 3.1 à 3.3 doivent fonctionner sur une alimentation électrique monophasée de 220 V CA, 50/60 Hz et garantir un fonctionnement stable sous un climat tropical. 3.6
Établis de laboratoire (Quantité : 2 unités) :
3.6.1 Établi de laboratoire robuste pour le montage d’appareils, dimensions :
75 cm (L) x 200 cm (l) x 80 cm (H).
3.6.2 Structure en acier haute rigidité, entièrement assemblée, capable de supporter la charge des appareils, pieds tubulaires en acier ou équivalent.
3.7
Outils et accessoires d’entretien de laboratoire :
3.7.1 Armoire à outils mobile modulaire à tiroirs : 1 unité.
3.7.2 Jeu de clés mixtes : Chrome vanadium, 12 pièces : 1 jeu.
3.7.3 Jeu de tournevis : 9 pièces : 1 jeu.
3.7.4 Jeu de clés hexagonales (clés Allen) : 6 pièces : 1 jeu.
3.7.5 Jeu de pinces : Comprend une pince universelle, une pince à bec long et une pince coupante diagonale : 1 jeu.
