Evaporation de l’eau à basse pression dans un canal d’échangeur à plaques. Approche expérimentale par plan d’expériences

La compacite et le cout sont les deux principales limitations au developpement de petites unites frigorifiques a sorption pour la production de froid. Comme la conception des echangeurs utilises dans ces machines reste tres empirique, l’optimisation de leur taille est l’un des elements clef dans ce developpement. Cependant, utiliser de l’eau comme fluide frigorigene dans des machines a absorption (LiBr/H2O) ou a adsorption (silicagel/H2O, zeolite/H2O), implique des pressions de fonctionnement tres faibles - (Pevap/Ptriple = 1.5). A ces pressions, les phenomenes de vaporisation de l’eau sont mal connus et ceux qui le sont ont tendance a limiter les performances de l’evaporateur (presence de bulles de taille centimetrique accentuant la zone d’assechement, faible masse volumique de la vapeur entrainant une vitesse tres importante en sortie d’evaporateur, etc.). Une meilleure connaissance de ces phenomenes, se produisant a l’interieur de l’echangeur de chaleur, est indispensable et permettra de meilleurs dimensionnements des echangeurs industriels. L’objectif de cette etude est d’observer la vaporisation de l’eau dans le canal d’un echangeur a plaques de dimension standard sous diverses conditions de fonctionnement et pour deux confinements possibles : 2 mm et 4 mm. Afin de trouver les points de fonctionnements optimaux, des plans d’experiences ont ete mis en place pour ces deux espacements en faisant varier la temperature du fluide secondaire de la plaque (10 °C a 25 °C), le taux de remplissage en liquide de la plaque (1/10 a 1/2 de la hauteur total), le titre du fluide frigorigene en entree de plaque ( 0 % a 10 %) ainsi que la force motrice (0,3 kPa et 0,7 kPa). La force motrice est creee grâce a un condenseur relie a la sortie de l’evaporateur et dont la temperature de consigne est inferieure a la temperature d’evaporation du fluide. L’installation se comporte donc comme un thermosiphon. En faisant varier la temperature au condenseur, il est possible de simuler le fonctionnement d’une machine a absorption pour differentes conditions operatoires. Un modele thermodynamique developpe sous Matlab permet d’estimer les conditions de fonctionnement de cette machine a absorption ideale a partir des conditions experimentales imposees. Le regime diphasique obtenu a l’interieur du canal pour les differents points du plan d’experience est observe et etudie grâce a une camera rapide. Le modele mathematique obtenu grâce au plan d’experiences est egalement analyse afin d’identifier l’importance de chaque facteur sur la puissance thermique obtenue ainsi que leur influence respective.