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
longueurT110 °C75 °C55 °C25 °CΔT₁ΔT₂contre-courant

Un échangeur de chaleur à contre-courant a une surface d’échange de 6 m² et un coefficient global d’échange de 1500 W/(m²·K). Le fluide chaud se refroidit de 110 à 75 °C et le fluide froid se réchauffe de 25 à 55 °C. Trouvez le flux thermique échangé Q̇.

A = 6 m²U = 1500 W/(m²·K)Th: 110 → 75 °CTc: 25 → 55 °C
Q̇ = kW
2.Facile
longueurT155 °C50 °C85 °C10 °CΔT₁ΔT₂contre-courant

Un échangeur de chaleur à contre-courant a une surface d’échange de 2,5 m² et un coefficient global d’échange de 1500 W/(m²·K). Le fluide chaud se refroidit de 155 à 50 °C et le fluide froid se réchauffe de 10 à 85 °C. Trouvez le flux thermique échangé Q̇.

A = 2,5 m²U = 1500 W/(m²·K)Th: 155 → 50 °CTc: 10 → 85 °C
Q̇ = kW
3.Moyen
longueurT100 °C85 °C90 °C10 °CΔT₁ΔT₂contre-courant

Un échangeur à contre-courant transfère 420 kW. Le fluide chaud se refroidit de 100 à 85 °C et le fluide froid se réchauffe de 10 à 90 °C. Le coefficient global d’échange vaut 1000 W/(m²·K). Trouvez la surface d’échange A nécessaire.

Q̇ = 420 kWU = 1000 W/(m²·K)Th: 100 → 85 °CTc: 10 → 90 °C
A = m²
4.Moyen
longueurT130 °C15 °C110 °CΔT₁ΔT₂vapeur en condensation

Dans un condenseur, de la vapeur se condense à une température constante de 130 °C à l’extérieur des tubes. L’eau de refroidissement (5 kg/s, cp = 4,18 kJ/(kg·K)) circule dans les tubes et se réchauffe de 15 à 110 °C. Le coefficient global d’échange vaut 3500 W/(m²·K). Trouvez la surface d’échange A nécessaire.

Ts = 130 °Cṁ = 5 kg/scp = 4,18 kJ/(kg·K)Tc: 15 → 110 °CU = 3500 W/(m²·K)
A = m²
5.Difficile
longueurT120 °C??20 °CΔT₁ΔT₂contre-courant

Dans un échangeur de chaleur à contre-courant, les deux fluides ont le même débit de capacité thermique, ṁ·cp = 1,5 kW/K. Le fluide chaud entre à 120 °C et le fluide froid à 20 °C. L’échangeur a A = 3 m² et U = 300 W/(m²·K). Trouvez la température de sortie du fluide chaud Th,out.

Ch = Cc = 1,5 kW/KTh,in = 120 °CTc,in = 20 °CA = 3 m²U = 300 W/(m²·K)
Th,out = °C
6.Difficile
longueurT150 °C85 °C10 °C?ΔT₁ΔT₂co-courant

Dans un échangeur à tubes concentriques à co-courant, de l’huile chaude (0,8 kg/s, cp = 2,3 kJ/(kg·K)) circule dans le tube intérieur et se refroidit de 150 à 85 °C. L’eau (1,5 kg/s, cp = 4,18 kJ/(kg·K)) circulant dans l’espace annulaire entre à 10 °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.

ṁh = 0,8 kg/scp,h = 2,3 kJ/(kg·K)Th: 150 → 85 °Cṁc = 1,5 kg/sTc,in = 10 °CD = 50 mmU = 200 W/(m²·K)
L = m

Corrigé

  1. 1. Q̇ = 472,1 kW
  2. 2. Q̇ = 201 kW
  3. 3. A = 13,02 m²
  4. 4. A = 10,45 m²
  5. 5. Th,out = 82,5 °C
  6. 6. L = 41,55 m

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