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
longueurT90 °C70 °C70 °C10 °CΔT₁ΔT₂contre-courant

Un échangeur de chaleur à contre-courant a une surface d’échange de 15 m² et un coefficient global d’échange de 500 W/(m²·K). Le fluide chaud se refroidit de 90 à 70 °C et le fluide froid se réchauffe de 10 à 70 °C. Trouvez le flux thermique échangé Q̇.

A = 15 m²U = 500 W/(m²·K)Th: 90 → 70 °CTc: 10 → 70 °C
Q̇ = kW
2.Facile
longueurT170 °C70 °C20 °C45 °CΔT₁ΔT₂co-courant

Dans un échangeur de chaleur à co-courant, le fluide chaud se refroidit de 170 à 70 °C tandis que le fluide froid se réchauffe de 20 à 45 °C. Trouvez la différence de température logarithmique moyenne ΔTlm.

Th: 170 → 70 °CTc: 20 → 45 °C
ΔTlm = K
3.Moyen
longueurT85 °C70 °C45 °C20 °CΔT₁ΔT₂contre-courant

Un échangeur à contre-courant transfère 230 kW. Le fluide chaud se refroidit de 85 à 70 °C et le fluide froid se réchauffe de 20 à 45 °C. Le coefficient global d’échange vaut 300 W/(m²·K). Trouvez la surface d’échange A nécessaire.

Q̇ = 230 kWU = 300 W/(m²·K)Th: 85 → 70 °CTc: 20 → 45 °C
A = m²
4.Moyen
longueurT130 °C25 °C120 °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 25 à 120 °C. Le coefficient global d’échange vaut 2500 W/(m²·K). Trouvez la surface d’échange A nécessaire.

Ts = 130 °Cṁ = 5 kg/scp = 4,18 kJ/(kg·K)Tc: 25 → 120 °CU = 2500 W/(m²·K)
A = m²
5.Difficile
longueurT105 °C75 °C37,94 °C20 °CΔT₁ΔT₂contre-courant

De l’huile chaude (1,5 kg/s, cp = 2,5 kJ/(kg·K)) se refroidit de 105 à 75 °C dans un échangeur à contre-courant. Elle réchauffe 1,5 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 = 1,5 kg/scp,h = 2,5 kJ/(kg·K)Th: 105 → 75 °Cṁc = 1,5 kg/scp,c = 4,18 kJ/(kg·K)Tc,in = 20 °CU = 200 W/(m²·K)
A = m²
6.Difficile
longueurT160 °C60 °C19,17 °C10 °CΔT₁ΔT₂contre-courant

De l’huile chaude (0,5 kg/s, cp = 2,3 kJ/(kg·K)) se refroidit de 160 à 60 °C dans un échangeur à contre-courant. Elle réchauffe 3 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 = 0,5 kg/scp,h = 2,3 kJ/(kg·K)Th: 160 → 60 °Cṁc = 3 kg/scp,c = 4,18 kJ/(kg·K)Tc,in = 10 °CU = 1000 W/(m²·K)
A = m²

Corrigé

  1. 1. Q̇ = 273,1 kW
  2. 2. ΔTlm = 69,76 K
  3. 3. A = 17,11 m²
  4. 4. A = 19,66 m²
  5. 5. A = 9,247 m²
  6. 6. A = 1,311 m²

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