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

Fiche d’exercices de Échangeurs de chaleur (DTLM) gratuite et imprimable : 6 exercices, du niveau facile au niveau examen, avec corrigé. Imprimez-la ou enregistrez-la en PDF.

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Nom: ____________________   Date: ____________

1.Facile
longueurT160 °C145 °C25 °C15 °CΔT₁ΔT₂contre-courant

Un échangeur de chaleur à contre-courant a une surface d’échange de 12 m² et un coefficient global d’échange de 1000 W/(m²·K). Le fluide chaud se refroidit de 160 à 145 °C et le fluide froid se réchauffe de 15 à 25 °C. Trouvez le flux thermique échangé Q̇.

A = 12 m²U = 1000 W/(m²·K)Th: 160 → 145 °CTc: 15 → 25 °C
Q̇ = kW
2.Facile
longueurT100 °C50 °C80 °C20 °CΔT₁ΔT₂contre-courant

Un échangeur de chaleur à contre-courant a une surface d’échange de 10 m² et un coefficient global d’échange de 1500 W/(m²·K). Le fluide chaud se refroidit de 100 à 50 °C et le fluide froid se réchauffe de 20 à 80 °C. Trouvez le flux thermique échangé Q̇.

A = 10 m²U = 1500 W/(m²·K)Th: 100 → 50 °CTc: 20 → 80 °C
Q̇ = kW
3.Moyen
longueurT110 °C10 °C90 °CΔT₁ΔT₂vapeur en condensation

Dans un condenseur, de la vapeur se condense à une température constante de 110 °C à l’extérieur des tubes. L’eau de refroidissement (3 kg/s, cp = 4,18 kJ/(kg·K)) circule dans les tubes et se réchauffe de 10 à 90 °C. Le coefficient global d’échange vaut 3500 W/(m²·K). Trouvez la surface d’échange A nécessaire.

Ts = 110 °Cṁ = 3 kg/scp = 4,18 kJ/(kg·K)Tc: 10 → 90 °CU = 3500 W/(m²·K)
A = m²
4.Moyen
longueurT155 °C95 °C25 °C75 °CΔT₁ΔT₂co-courant

Un échangeur à co-courant transfère 100 kW. Le fluide chaud se refroidit de 155 à 95 °C et le fluide froid se réchauffe de 25 à 75 °C. Le coefficient global d’échange vaut 300 W/(m²·K). Trouvez la surface d’échange A nécessaire.

Q̇ = 100 kWU = 300 W/(m²·K)Th: 155 → 95 °CTc: 25 → 75 °C
A = m²
5.Difficile
longueurT175 °C130 °C24,13 °C20 °CΔT₁ΔT₂contre-courant

De l’huile chaude (0,5 kg/s, cp = 2,3 kJ/(kg·K)) se refroidit de 175 à 130 °C dans un échangeur à contre-courant. Elle réchauffe 3 kg/s d’eau (cp = 4,18 kJ/(kg·K)) qui entre à 20 °C. Avec U = 200 W/(m²·K), trouvez la surface d’échange A nécessaire.

ṁh = 0,5 kg/scp,h = 2,3 kJ/(kg·K)Th: 175 → 130 °Cṁc = 3 kg/scp,c = 4,18 kJ/(kg·K)Tc,in = 20 °CU = 200 W/(m²·K)
A = m²
6.Difficile
longueurT125 °C??30 °CΔT₁ΔT₂contre-courant

Dans un échangeur de chaleur à contre-courant, les deux fluides ont le même débit de capacité thermique, ṁ·cp = 2 kW/K. Le fluide chaud entre à 125 °C et le fluide froid à 30 °C. L’échangeur a A = 3 m² et U = 500 W/(m²·K). Trouvez la température de sortie du fluide chaud Th,out.

Ch = Cc = 2 kW/KTh,in = 125 °CTc,in = 30 °CA = 3 m²U = 500 W/(m²·K)
Th,out = °C

Corrigé

  1. 1. Q̇ = 1590 kW
  2. 2. Q̇ = 369,9 kW
  3. 3. A = 5,766 m²
  4. 4. A = 5,672 m²
  5. 5. A = 2 m²
  6. 6. Th,out = 84,29 °C

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