Fiche d’exercices de Échangeurs de chaleur (DTLM) avec corrigé

Dans un échangeur à contre-courant, le fluide chaud se refroidit de 180 à 65 °C pendant que le fluide froid se réchauffe de 25 à 105 °C. Trouvez l’écart de température moyen logarithmique ΔT_lm.

De l’huile chaude (1 kg/s, c_p = 2,5 kJ/(kg·K)) se refroidit de 125 à 70 °C dans un échangeur à contre-courant. Elle réchauffe 3 kg/s d’eau (c_p = 4,18 kJ/(kg·K)) qui entre à 20 °C. Aucune chaleur n’est perdue vers l’extérieur. Trouvez la température de sortie de l’eau T_c,out.

Dans un condenseur, de la vapeur se condense à une température constante de 110 °C à l’extérieur des tubes. L’eau de refroidissement (5 kg/s, c_p = 4,18 kJ/(kg·K)) circule dans les tubes et se réchauffe de 20 à 75 °C. Le coefficient global d’échange vaut 1000 W/(m²·K). Trouvez la surface d’échange A nécessaire.

Un échangeur à faisceau tubulaire et calandre (une passe côté calandre, deux passes côté tubes) doit transférer 180 kW. Le fluide chaud se refroidit de 100 à 80 °C et le fluide froid se réchauffe de 20 à 90 °C. Le facteur de correction de la DTLM pour cette configuration vaut F = 0,95, et U = 1000 W/(m²·K). Trouvez la surface d’échange A nécessaire.

Dans un échangeur à tubes concentriques à co-courant, de l’huile chaude (1 kg/s, c_p = 2,1 kJ/(kg·K)) circule dans le tube intérieur et se refroidit de 100 à 55 °C. L’eau (1,5 kg/s, c_p = 4,18 kJ/(kg·K)) circulant dans l’espace annulaire entre à 25 °C. Le tube intérieur a un diamètre de 50 mm, et U = 200 W/(m²·K) est rapporté à ce diamètre. Trouvez la longueur de tube L nécessaire.

De l’huile chaude (2 kg/s, c_p = 2,5 kJ/(kg·K)) se refroidit de 145 à 105 °C dans un échangeur à contre-courant. Elle réchauffe 1,5 kg/s d’eau (c_p = 4,18 kJ/(kg·K)) qui entre à 20 °C. Avec U = 1500 W/(m²·K), trouvez la surface d’échange A nécessaire.