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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1.Facile
longueurT165 °C55 °C70 °C10 °CΔT₁ΔT₂contre-courant

Un échangeur de chaleur à contre-courant a une surface d’échange de 0,5 m² et un coefficient global d’échange de 1500 W/(m²·K). Le fluide chaud se refroidit de 165 à 55 °C et le fluide froid se réchauffe de 10 à 70 °C. Trouvez le flux thermique échangé Q̇.

A = 0,5 m²U = 1500 W/(m²·K)Th: 165 → 55 °CTc: 10 → 70 °C
Q̇ = kW
2.Facile
longueurT165 °C85 °C?15 °CΔT₁ΔT₂contre-courant

De l’huile chaude (1,5 kg/s, cp = 2,5 kJ/(kg·K)) se refroidit de 165 à 85 °C dans un échangeur à contre-courant. Elle réchauffe 1,5 kg/s d’eau (cp = 4,18 kJ/(kg·K)) qui entre à 15 °C. Aucune chaleur n’est perdue vers l’extérieur. Trouvez la température de sortie de l’eau Tc,out.

ṁh = 1,5 kg/scp,h = 2,5 kJ/(kg·K)Th: 165 → 85 °Cṁc = 1,5 kg/scp,c = 4,18 kJ/(kg·K)Tc,in = 15 °C
Tc,out = °C
3.Moyen
longueurT120 °C95 °C95 °C25 °CΔT₁ΔT₂contre-courant

Un échangeur de chaleur à contre-courant transfère 100 kW. Sa surface d’échange est de 2,5 m². Le fluide chaud se refroidit de 120 à 95 °C et le fluide froid se réchauffe de 25 à 95 °C. Trouvez le coefficient global d’échange U.

Q̇ = 100 kWA = 2,5 m²Th: 120 → 95 °CTc: 25 → 95 °C
U = W/(m²·K)
4.Moyen
longueurT150 °C55 °C80 °C25 °CΔT₁ΔT₂contre-courant

Un échangeur à faisceau tubulaire et calandre (une passe côté calandre, deux passes côté tubes) doit transférer 580 kW. Le fluide chaud se refroidit de 150 à 55 °C et le fluide froid se réchauffe de 25 à 80 °C. Le facteur de correction de la DTLM pour cette configuration vaut F = 0,9, et U = 1000 W/(m²·K). Trouvez la surface d’échange A nécessaire.

Q̇ = 580 kWF = 0,9U = 1000 W/(m²·K)Th: 150 → 55 °CTc: 25 → 80 °C
A = m²
5.Difficile
longueurT155 °C70 °C26,69 °C15 °CΔT₁ΔT₂contre-courant

De l’huile chaude (0,5 kg/s, cp = 2,3 kJ/(kg·K)) se refroidit de 155 à 70 °C dans un échangeur à contre-courant. Elle réchauffe 2 kg/s d’eau (cp = 4,18 kJ/(kg·K)) qui entre à 15 °C. Avec U = 800 W/(m²·K), trouvez la surface d’échange A nécessaire.

ṁh = 0,5 kg/scp,h = 2,3 kJ/(kg·K)Th: 155 → 70 °Cṁc = 2 kg/scp,c = 4,18 kJ/(kg·K)Tc,in = 15 °CU = 800 W/(m²·K)
A = m²
6.Difficile
longueurT160 °C110 °C120 °C10 °CΔT₁ΔT₂contre-courant

De l’huile chaude (2 kg/s, cp = 2,3 kJ/(kg·K)) se refroidit de 160 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 10 °C. Avec U = 1000 W/(m²·K), trouvez la surface d’échange A nécessaire.

ṁh = 2 kg/scp,h = 2,3 kJ/(kg·K)Th: 160 → 110 °Cṁc = 0,5 kg/scp,c = 4,18 kJ/(kg·K)Tc,in = 10 °CU = 1000 W/(m²·K)
A = m²

Corrigé

  1. 1. Q̇ = 50,19 kW
  2. 2. Tc,out = 62,85 °C
  3. 3. U = 915,2 W/(m²·K)
  4. 4. A = 13,65 m²
  5. 5. A = 1,412 m²
  6. 6. A = 3,514 m²

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