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
longueurT115 °C75 °C10 °C40 °CΔT₁ΔT₂co-courant

Dans un échangeur de chaleur à co-courant, le fluide chaud se refroidit de 115 à 75 °C tandis que le fluide froid se réchauffe de 10 à 40 °C. Trouvez la différence de température logarithmique moyenne ΔTlm.

Th: 115 → 75 °CTc: 10 → 40 °C
ΔTlm = K
2.Facile
longueurT130 °C65 °C65 °C15 °CΔT₁ΔT₂contre-courant

Un échangeur de chaleur à contre-courant a une surface d’échange de 10 m² et un coefficient global d’échange de 200 W/(m²·K). Le fluide chaud se refroidit de 130 à 65 °C et le fluide froid se réchauffe de 15 à 65 °C. Trouvez le flux thermique échangé Q̇.

A = 10 m²U = 200 W/(m²·K)Th: 130 → 65 °CTc: 15 → 65 °C
Q̇ = kW
3.Moyen
longueurT135 °C30 °C100 °C15 °CΔT₁ΔT₂contre-courant

Un échangeur de chaleur à contre-courant transfère 130 kW. Sa surface d’échange est de 25 m². Le fluide chaud se refroidit de 135 à 30 °C et le fluide froid se réchauffe de 15 à 100 °C. Trouvez le coefficient global d’échange U.

Q̇ = 130 kWA = 25 m²Th: 135 → 30 °CTc: 15 → 100 °C
U = W/(m²·K)
4.Moyen
longueurT135 °C115 °C60 °C25 °CΔT₁ΔT₂contre-courant

Un échangeur à contre-courant transfère 290 kW. Le fluide chaud se refroidit de 135 à 115 °C et le fluide froid se réchauffe de 25 à 60 °C. Le coefficient global d’échange vaut 300 W/(m²·K). Trouvez la surface d’échange A nécessaire.

Q̇ = 290 kWU = 300 W/(m²·K)Th: 135 → 115 °CTc: 25 → 60 °C
A = m²
5.Difficile
longueurT175 °C85 °C55,22 °C10 °CΔT₁ΔT₂contre-courant

De l’huile chaude (2 kg/s, cp = 2,1 kJ/(kg·K)) se refroidit de 175 à 85 °C dans un échangeur à contre-courant. Elle réchauffe 2 kg/s d’eau (cp = 4,18 kJ/(kg·K)) qui entre à 10 °C. Avec U = 200 W/(m²·K), trouvez la surface d’échange A nécessaire.

ṁh = 2 kg/scp,h = 2,1 kJ/(kg·K)Th: 175 → 85 °Cṁc = 2 kg/scp,c = 4,18 kJ/(kg·K)Tc,in = 10 °CU = 200 W/(m²·K)
A = m²
6.Difficile
longueurT140 °C10 °C?ΔT₁ΔT₂vapeur en condensation

De la vapeur se condense à une température constante de 140 °C à l’extérieur des tubes d’un condenseur de surface d’échange 1,5 m² et U = 3000 W/(m²·K). L’eau de refroidissement (0,5 kg/s, cp = 4,18 kJ/(kg·K)) entre dans les tubes à 10 °C. Trouvez la température de sortie de l’eau Tc,out.

Ts = 140 °CA = 1,5 m²U = 3000 W/(m²·K)ṁ = 0,5 kg/scp = 4,18 kJ/(kg·K)Tc,in = 10 °C
Tc,out = °C

Corrigé

  1. 1. ΔTlm = 63,72 K
  2. 2. Q̇ = 114,3 kW
  3. 3. U = 220,3 W/(m²·K)
  4. 4. A = 11,75 m²
  5. 5. A = 19,76 m²
  6. 6. Tc,out = 124,9 °C

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