Le refroidissement ⇒ calcul échangeur serpentin

[Penn-Maen]

Bonjour,

Comme j'ai vu qu'il y avait parfois la question de dimensionner un échangeur "serpentin", je vous propose la feuille de calcul suivante.

[url=http://***/brassage/Calc_echangeur_serpentin.xls][Invalid URL][/url] (fichier modifié, cf quelques posts plus loin)

Si ça peut servir...

Merci des remarques

Edit : un autre fichier bien plus détaillé et performant pour le calcul d'un contre-courant se trouve ici (fait par "Canard wc")

[fab.paris]

sympa ta feuille de calcul!
en pratique, j'ai des résultats bien plus court que ceux théoriques, mais je remue doucement le moût durant la phase de refroidissement (sans faire de bulles) de manière à favoriser l'échange thermique.

On voit bien qu'en jouant avec les paramètres que la température souhaitée, la longueur et la surface de l'échangeur ainsi que la température initiale de l'eau ont une grande influence sur le temps nécessaire pour atteindre la température cible.

[Hsif]

Pourquoi remuer pendant le refroidissement? Car je suppose que tu fais ça sans couvercle du coup.
Je sais pas combien de temps tu gagnes en remuant, mais tu augmente les risques d'infections. Je suis peut-être parano

1 l/s c'est déjà un beau débit non (ça fait une baignoire en 2-3 minutes en gros)? Je suis curieux de mesurer le débit pendant un refroidissement tiens...

[corix]

pas mal ... je n arrive pas a modifier la cuve tampon!!!! ..

c a vient sans doute de moi aussi ..

fred

[fab.paris]

1 l/s c'est déjà un beau débit non (ça fait une baignoire en 2-3 minutes en gros)? Je suis curieux de mesurer le débit pendant un refroidissement tiens...

autant pour moi, j'ai lu trop vite et j'ai confondu 1 litre/s avec 1 litre/min. Effectivement 1 litre/s c'est énorme.
Je corrige le message d'avant

En ce qui concerne le fait de remuer le moût, j'avais lu le sujet de mbrew sur sa pico pico HERMS ainsi que l'article de Mr Malty sur le refroidisseur à immersion combiné à un whirpool.
J'en ai donc déduit que l'on pouvait refroidir plus vite en remuant doucement le moût. Il y a surement un risque d'infection mais le plus gros danger c'est l'oxydation si on remue trop fort au-dessus de 25-26°C.

[beeraddict]

J'en ai donc déduit que l'on pouvait refroidir plus vite en remuant doucement le moût. Il y a surement un risque d'infection mais le plus gros danger c'est l'oxydation si on remue trop fort au-dessus de 25-26°C.

T'es sûr, parce que depuis que j'ai vu le nain refroidir sa pilsner urquell, je pensais qu'on pouvait y aller fort.

[seb_grosours]

hum...
La feuille de calcul donne quand même des résultats étrange. la température de l'eau de sortie par exemple qui semble étrangement basse.
Seb

[Le nain brasseur]

Il vaut mieux remuer pour répartir la température, après il y a remuer et remuer, perso je fais un mouvement de rotation sans splasher, trop aérer et créer de mousse. Le moût craint effectivement l'oxydation tant qu'il n'est pas sous les 30°C environ.

[Penn-Maen]

bonjour,

Je viens de mettre le fichier à jour, car le fichier uploadé n'était pas ma dernière "version".

Pour répondre aux diverses remarques :
- le coef de l'échangeur est déterminé "à la louche", avec une couche limite très importante coté mout, donc en supposant que le mout n'est pas agité. En remuant le mout (cas d'un whirpool par exemple) on diminue cette couche limite, qui est un frein à l'échange. Pas étonnant donc à ce que certains aient des résultats plus bas s'ils remuent/whirpoolent. Dans ce cas, il faut augmenter le coef K.

- le réglage sur le volume tampon : si tu utilise un volume tampon pour le refroidissement (cuve eau pluviale par exemple), il faut :
- mettre "1" dans B18
- mettre le volume d'eau de ton tampon dans B19

- la température de l'eau de sortie :
- plus ton débit d'eau est important, plus ton eau ressortira froide à coef K identique
- plus ton coef K est important, plus eau ressortira chaude, à débit identique.

- Le débit d'eau :
- un robinet de machine à laver ou de puisage, normalement, permet de tenir un débit de 12 l/min sous une pression de ~3 bars et un tube d'alim de 12/14 cuivre
- sous une pression de 7 bars, on arrive facile à plus de 30 l/min (je rempli un arrossoir de 10 litres en moins de 15 secondes, mais ça éclabousse un peu )
- pour assurer un débit plus important (ce qui ne servirait pratiquement à rien, car la perte de charge deviendrait trop importante), il est possible de récupérer des circulateurs de chauffage. Certains arrivent, à HM = 1 mCE, à débiter plus de 5m3/h (type Grundfoss CC8). Ne pas prendre les circulateurs présent directement dans les chaudières, en général ça dépasse pas 1 à 1.5 m3/h) - Certains pompes vide-cave (pompe à flotteur) ou autoamorçantes peuvent aller jusqu'à 8 à 9 m3/h sous 1 mCE.

C'est vrai que je n'avais pas mentionné les hypothèses à l'origine de la feuille de calcul :
- le calcul se fait à la louche, mais pas au doigt mouillé (si, si, ça a une importance )
- les déperditions par la paroi de la cuve, ainsi que par le fond et le haut, ne sont pas pris en compte
- le coef K est un coef qui fait plus ou moins l'unanimité dans mon boulot pour le calcul rapide d'échangeurs monotubulaires immergés (bref, un serpentin...)
- le calcul se base sur une "poire en deux" : ne sachant pas si tout le monde circule à contre-courant (ie : l'eau froide circule d'abord dans la spire supérieure inférieure du serpentin, et ressort chaude par la spire de fond du haut de la cuve), il n'est pas possible d'optimiser. Donc on coupe la poire en deux. Si vous circuler "à co-courant", vous devriez tomber sur des résultats un peu supérieur à la feuille de calcul, si vous circuler à contre courant, le réalité sera légèrement plus favorable que le résultat.
- je ne suis pas parti sur une intégrale pour le calcul, mais sur la méthodologie suivante :
- une certaine quantité d'énergie est prélevée au mout par l'échangeur (coef K) toutes les secondes
- je suppose que 100% de cette énergie est transférée à l'eau en même temps (hypothèse un peu foireuse)
- de fait, on peut calculer la température de l'eau en sortie, et si on utilise un tampon, la température du tampon supposé homogène (foireux aussi)
- connaissant la quantité d'énergie restant dans le mout, on peut en déduire sa température
- comme l'échange est proportionnel à l'écart de température, ça joue sur le calcul suivant (c'est pour ça qu'on obtient la courbe asymptotique caractéristique).
- cette série de calcul est faite pour 3600 secondes (voir feuille2 de la feuille de calcul)

Dernier point :
- j'ai fait la feuille pour aider ceux qui veulent dimensionner un serpentin rapidement, sachant que cette question semble avoir été posé régulièrement par les newbies dans mon genre. Je n'ai pas pas la prétention que les résultats soient exacts (si vous voulez de l'exactitude, vous pouvez utiliser la combinaison Code_Saturne + Code_Aster, 2 logiciels que EDF diffus en open-source ) - Mais par expérience, je sais que la pratique colle à la théorie, tant que la pratique reste théorique (ça marche aussi dans l'autre sens)
- cette feuille sera surtout utile pour ceux qui ont déjà un échangeur mais par exemple change de cuve. Avec l'ancienne cuve, il est possible de "calibrer" le coef K en fonction de son matos. Ensuite, suffit de modifier le volume pour voir s'il est intéressant de refaire un échangeur ou si on peut garder l'ancien.
- comme je ne suis pas sur de garder à vie le fichier là ou je l'ai mis, je le joins à ce message en format compressé 7zip, comme ça, libre à chacune de le prendre, modifier, amélioré, etc... c'est "open-source"

Calc_echangeur_serpentin.7z

[seb_grosours]

Merci pour les explications et pour les hypothèses.

J'avais regardé le fichier un peu plus en détail hier soir et "l'hypothèse un peu foireuse" est osée, mais en "tunant K" (en fonction du matériel et du process), ca doit marcher (et ca évite de s’embêter avec le coeff de convection, l'équa-diff et tout le tralala)

Sinon, il y a un truc que je ne comprends pas sur le sens du contre-courant : je l'aurais mis à l'envers!

j'm'explique : en général, le liquide chaud est plutôt sur le haut de la cuve et le froid sur le bas. donc si je veux faire un "pseudo-contre-courant", il faut que l'arrivée d'eau froide soit du coté du mout froid... donc en bas et la sortie "eau chaude" coté mout chaud donc en haut. Dans le même esprit, j'ai prévu de faire un petit support de refroidisseur pour le maintenir en haut de la cuve ; dans la zone la plus chaude. ce qui j'imagine permet d'augmenter un peu la convection naturelle.

Il me semble que Palmer dit la même chose que toi : entrée en haut et sortie en bas....

Je dois donc me gourer quelque part... mais ou?

Seb