Transferts appliqués : transferts thermiques et transferts de matière
UTC107


Objectifs pédagogiques

Donner aux élèves les connaissances scientifiques et techniques relatives aux transferts de matière et de chaleur

Public et conditions d'accès

Public concerné : Futurs ingénieurs en génie des procédés, futurs responsables en production dans les industries chimiques et pharmaceutiques (RNCP II*), futurs titulaires du master "ingénierie chimique".
Conditions d'accès : Avoir un niveau bac + 2 scientifique et technique.

Compétences

A l'issue de cet enseignement, les élèves seront capables d'effectuer des calculs de transferts de matière et de chaleur et de choisir et dimensionner un échangeur thermique.

Contenu de la formation

1/ Introduction
Introduction de la notion de transfert à partir d'exemples de la vie courante, positionnement et importance de la problématique par rapport aux différentes spécialités de l'EPN1

2/ Transferts thermiques

Présentation des trois modes de transfert
Conduction : description, loi de Fourier, conductivité thermique, résistance de contact
Convection : description, loi de Newton, couche limite thermique, nombres adimensionnels (Nu, Re, Gr, Pr…) et estimation du coefficient de convection thermique
Rayonnement : description, corps noir et corps réel, émissivité, loi de Stefan-Boltzmann, calcul de flux échangés

Association des modes de transfert
Représentation des transferts thermiques réels, association convection(s) et conduction(s), notion de coefficient global de transfert thermique

Échangeurs : principales technologies
Principales technologies d'échangeurs et de leurs domaines d'utilisation, radiateurs / échangeurs à tubes ailetés, échangeurs tubulaires, échangeurs à plaques

Bases pour le calcul des échangeurs de chaleur
Bilan thermique sur un échangeur, profils de température dans des échangeurs simples ; influence du sens de circulation des fluides et d'un éventuel changement de phase. Calcul du flux de chaleur transféré, du coefficient global de transfert, estimation de la surface nécessaire d'un échangeur. Notion de résistance d'encrassement, notion de rendement, de rapport thermique et d'efficacité d'un échangeur et de nombre d'unités de transfert (NUT). Méthode de calcul d'échangeurs plus complexes (méthode du facteur correctif, ε – NUT)

3/ Transferts de matière

Présentation des deux modes de transfert de matière
Diffusion : description, première et seconde lois de Fick, méthodes d'estimation des coefficients de diffusion. Transfert par diffusion et convection : description et bilans

Coefficient de transfert de matière
Introduction de la notion de coefficient de transfert de matière, méthodes d'estimation / corrélations

Transfert de matière entre phases
Théorie du double film, notions de nombre d'unités de transfert (NUT) et de hauteur d'unité de transfert (HUT)

4/ Conclusion
Mise en parallèle des différents transferts : matière, chaleur et quantité de mouvement, lien avec le module "Hydraulique appliquée", notion d'analogie, identification des phénomènes de transfert sur des exemples

Bibliographie
  • D. RONZE: Introduction au Génie des Procédés
  • W.L. McCABE, J.C. SMITH: Unit operations of chemical engineering
  • J.M. COULSON, J.F. RICHARDSON: Chemical Engineering
  • ULLMANN: Processes and Process Engineering
  • R.E. TREYBALL: Mass-transfer operations
  • A.M. BIANCHI Y. FAUTRELLE, J. ETAY: Transferts thermiques

Cette UE apparaît dans les diplômes et certificats suivants :

  • CYC8702A : Diplôme d'ingénieur Spécialité Génie des procédés parcours Procédés pharmaceutiques
  • DIE6602A : Diplôme d'établissement Responsable en ingénierie d'étude et de production option Production parcours Génie chimique
  • LG04005A : Licence Sciences, technologies, santé mention Sciences et technologies parcours Génie des procédés
  • LP14701A : Licence professionnelle Sciences, technologie, santé mention génie des procédés et bioprocédés industriels parcours Procédés chimiques et pharmaceutiques
  • MR10101A : Master Sciences, technologies, santé mention Génie des procédés et bio-procédés parcours Ingénierie chimique
  • CYC8701A : Diplôme d'ingénieur Spécialité Génie des procédés parcours Procédés chimiques
  • CYC8901A : Diplôme d'ingénieur spécialité Génie nucléaire parcours Technologie des réacteurs nucléaires et cycle du combustible

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