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
longueurT140 °C95 °C?25 °CΔT₁ΔT₂contre-courant

De l’huile chaude (0,5 kg/s, cp = 2,1 kJ/(kg·K)) se refroidit de 140 à 95 °C dans un échangeur à contre-courant. Elle réchauffe 0,8 kg/s d’eau (cp = 4,18 kJ/(kg·K)) qui entre à 25 °C. Aucune chaleur n’est perdue vers l’extérieur. Trouvez la température de sortie de l’eau Tc,out.

ṁh = 0,5 kg/scp,h = 2,1 kJ/(kg·K)Th: 140 → 95 °Cṁc = 0,8 kg/scp,c = 4,18 kJ/(kg·K)Tc,in = 25 °C
Tc,out = °C
2.Facile

Dans un échangeur de chaleur, 0,8 kg/s de éthanol (cp = 2,44 kJ/(kg·K)) sont refroidis de 80 à 40 °C. Trouvez le flux thermique échangé Q̇.

ṁ = 0,8 kg/scp = 2,44 kJ/(kg·K)T: 80 → 40 °C
Q̇ = kW
3.Moyen
longueurT140 °C100 °C20 °C80 °CΔT₁ΔT₂co-courant

Un échangeur à co-courant transfère 70 kW. Le fluide chaud se refroidit de 140 à 100 °C et le fluide froid se réchauffe de 20 à 80 °C. Le coefficient global d’échange vaut 300 W/(m²·K). Trouvez la surface d’échange A nécessaire.

Q̇ = 70 kWU = 300 W/(m²·K)Th: 140 → 100 °CTc: 20 → 80 °C
A = m²
4.Moyen
longueurT120 °C100 °C85 °C25 °CΔT₁ΔT₂contre-courant

Un échangeur de chaleur à contre-courant transfère 440 kW. Sa surface d’échange est de 5 m². Le fluide chaud se refroidit de 120 à 100 °C et le fluide froid se réchauffe de 25 à 85 °C. Trouvez le coefficient global d’échange U.

Q̇ = 440 kWA = 5 m²Th: 120 → 100 °CTc: 25 → 85 °C
U = W/(m²·K)
5.Difficile
longueurT120 °C20 °C?ΔT₁ΔT₂vapeur en condensation

De la vapeur se condense à une température constante de 120 °C à l’extérieur des tubes d’un condenseur de surface d’échange 3 m² et U = 1500 W/(m²·K). L’eau de refroidissement (1,5 kg/s, cp = 4,18 kJ/(kg·K)) entre dans les tubes à 20 °C. Trouvez la température de sortie de l’eau Tc,out.

Ts = 120 °CA = 3 m²U = 1500 W/(m²·K)ṁ = 1,5 kg/scp = 4,18 kJ/(kg·K)Tc,in = 20 °C
Tc,out = °C
6.Difficile
longueurT150 °C110 °C62,85 °C15 °CΔT₁ΔT₂contre-courant

De l’huile chaude (1 kg/s, cp = 2,5 kJ/(kg·K)) se refroidit de 150 à 110 °C dans un échangeur à contre-courant. Elle réchauffe 0,5 kg/s d’eau (cp = 4,18 kJ/(kg·K)) qui entre à 15 °C. Avec U = 1000 W/(m²·K), trouvez la surface d’échange A nécessaire.

ṁh = 1 kg/scp,h = 2,5 kJ/(kg·K)Th: 150 → 110 °Cṁc = 0,5 kg/scp,c = 4,18 kJ/(kg·K)Tc,in = 15 °CU = 1000 W/(m²·K)
A = m²

Corrigé

  1. 1. Tc,out = 39,13 °C
  2. 2. Q̇ = 78,08 kW
  3. 3. A = 4,181 m²
  4. 4. U = 1677 W/(m²·K)
  5. 5. Tc,out = 71,21 °C
  6. 6. A = 1,099 m²

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