La vie en boucles

Serpentin de refroidissement en aquaponie

Lorsque l’on choisit de maîtiser la température de l’eau des bassins à truites dans une installation d’aquaponie  à l’aide de la géothermie, se pose  alors la question du dimensionnement du serpentin. Voici les calculs théoriques  utilisés pour le dispositif  « truites aquaponiques » .

La formule de calcul du serpentin

Q(h) = k  * s * EcartT° . Formule valable  pour une circulation d’eau  à l’intérieur du serpentin  entre 1 et 1.5 m/seconde.

Q(h) = énergie transférée de l’eau chaude vers l’eau froide en 1 heure

k : coefficient dépendant des conditions d’écoulement, des conductivités thermiques de chaque fluide, des viscosités, du changement d’état, des caractéristiques physiques  du tuyau, etc.  Estimé à 200 Wh/m2/°C pour un tuyau en cuivre utilisé avec de  l’eau claire.

s : surface du tuyau de cuivre (en m2) =  diamètre (en m) * 3.14 * Longueur (en m). Pour un diamètre de 14 mm et 12 m de longueur, s=0.53 m2

EcartT° = (Ecart T°entrée – EcartT°sortie )/ Ln (Ecart T°entrée / EcartT°sortie).  Pour un bassin à 20° et une eau de puits à 15° en entrée et 16° en sortie : (20-15)-(20-16)/ (Ln (20-15)/(20-16)) = 4.5 °.  Or la température de sortie est inconnue lorsque l’on souhaite dimensionner le serpentin dans un contexte aquaponique. Par défaut, il est possible de réaliser un calcul approximatif en utilisant 90% de l’écart de température entre eau du puits et eau du bassin, soit 4.5° dans le cas présent.

Q(h) = 200 * 0.53 * 4.5 = 475 Wh (aux arrondis près)

L’augmentation du diamètre et/ou de la longueur du tuyau constituant le serpentin vont permettre de jouer sur la quantité d’énergie échangée.

Pour plus d’informations : http://www.azprocede.fr/Cours_GC/echangeur_transfert_chaleur.html  ou  https://forums.futura-sciences.com/technologies/246361-calcul-dimensionner-un-serpentin-de-refroidissement.html


Les besoins en refroidissement

Le réchauffement de l’eau  en été dépend de la conception du système : serre ou plein air; serre surchauffée ou tempérée; DWC,NFT,  ou média; couleur du média et couverture végétale;  bassins enterrés, isolés, ombrés; volume des bassins,… En Vendée , pour l’installation « truites aquaponiques » ce réchauffement a été estmée puis mesuré à + 2° par jour de fortes chaleurs.

Pour élever la température d’1m3 d’eau de 1°,  il faut 1148 Wh. Pour un sytème contenant au total 3600 litres d’eau, et pour 2° d’augmentation, ce sont 8265 Wh à extraire.

La durée de fonctionnement

Pour retirer 8265 Wh avec une installation de refroidissement pouvant échanger 477 W par heure, il faudra 17 heures de fonctionnement. En continu , le système contrôle une augmentation de 2.8° par jour.

5 Comments

  1. herve

    bonjour,

    Vaut il mieux faire circuler l’eau rapidement ou lentement dans l’échangeur ?

    • jcgoudeau

      Bonjour, plus la vitesse de l’eau est élevée, plus le refroidissement est important. Mais plus la vitesse est élevée, plus cela consomme d’énergie. C’est donc un compromis à trouver. J’ai opté pour une vitesse de 1 m/s (débit de 400 litres heure environ pour un tuyau de 12 mm intérieur)

      • Hervé

        Merci de votre réponse qui est cruciale pour moi. Je suis au Sénégal et je suis en phase de calcul d’une installation aquaponique. Les jours à 35° sont très nombreux et le refroidissement radiatif est impossible, pendant la période la plus chaude, le ciel est presque toujours couvert.

        Bravo pour votre travail. Je n’ai pas toujours confiance dans ce que je lis sur le net, impression de décisions au « pifomètre » non calculées scientifiquement. Ce n’est pas votre cas où l’on sent les décisions réfléchis et calculées et non récopiées chez un « gourou ».

  2. Christophe Mahon

    Bonjour, je suis vos contributions avec grand intérêt depuis un petit moment. Ma compagne et moi meme envisageons d’installer un systeme aquaponique avec de la truite dans l’ Aveyron. Nous avons un ruisseau au bas de notre terrain et ma question est la suivante :

    Pour refroidir notre bassin ( 10m3) pourrait on imaginer ce principe mais avec une couronne de cuivre poser dans l’eau du ruisseau et un système de pompage amenant l’eau du bassin a travers la couronne pour retourner plus fraiche au bassin ?

    Merci de me dire ce que vous en pensez.

    Très cordialement
    Christophe

    • jcgoudeau

      Bonjour,
      J’ai besoin de plus d’informations pour vous donner mon avis.
      – géométrie du bassin (profondeur, surface), ombrage l’été
      – importance su ruisseau , débit estival, si possible température de l’eau en été
      – distance et dénivelé entre bassin et ruisseau

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