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1 SMP6 : Energétique Module : Thermique industrielle TD1- Echangeurs de chaleur

1 SMP6 : Energétique Module : Thermique industrielle TD1- Echangeurs de chaleur Exercice 1 : Calculer les surfaces d’échange pour des échangeurs à courants parallèles de même sens et de sens contraire avec les données suivantes : Tce = 110°C Tcs= 30°C débit = 5000kg/h Cpc = 2100J/kg K Tfe = 12°C Tfs= ? débit = 12000kg/h Cpf = 4180J/kg K K = 300 W/m² K Exercice 2 : Un échangeur thermique à écoulement parallèle à contrecourant destiné à refroidir un fluide de (350 °C à 200 °C), les deux températures d'entrée et sortie du fluide froid sont (120°C , 290°C), le fluide froid possède la capacité thermique la plus faible, la puissance échangée est Φ = 415kW. 1) Quelle est la puissance échangée si on fait travailler l’échangeur en mode co- courant, avec les mêmes températures d’entrée et les mêmes débits ? (Utiliser la méthode NUT). 2) Quelles sont les nouvelles températures de sortie ? Exercice 3 : On considère l’échange de chaleur entre deux fluides, dans un échangeur thermique à écoulement parallèle, de propriétés suivantes : Fluide chaud Fluide froid Qm= 5200Kg/h Cp= 1,0868 J/g.K Tce = 120 °C Qm= 20000Kg/h Cp= 4,18 J/g.K Tfe = 20 °C La surface d’échange est S = 160 m2 Le coefficient d’échange moyen est K = 23,2 W/m2K 3) Calculer les températures de sortie dans le cas d’un échangeur à co-courant et contre courant. 4) Calculer la moyenne logarithmique de la distribution de la Température (MLDT) dans les deux échangeurs ainsi que la puissance thermique. Conclure Exercice 4 : On considère un échangeur thermique à contre courant destiné à refroidir de l'huile lubrifiant. Dans le tube intérieur, supposé de petite épaisseur et de diamètre intérieur 30 mm, on fait passer de l'eau dont la température à l'arrivée est de 35 °C, avec un débit massique de 0,2 kg/s. L'huile s'écoule à un débit de 0,1 kg/s dans l'espace annulaire entre les deux tubes, sa température à l'arrivée étant de 120 °C. Le diamètre Université Sultan Moulay Slimane Faculté Polydisciplinaire Béni-Mellal Département de Physique Année Universitaire 2020-2021 2 de tube extérieur est 50 mm et le coefficient de l'échange thermique global est 70 W/m2.K. On désire maintenir la température de l'huile à la sortie à 50 °C. 1) Déterminer le flux thermique échangé et la température de l'eau à la sortie. 2) Déterminer la longueur de l’échangeur (Cphuile= 1900 J/Kg.K; Cpeau= 4200 J/Kg.K) Exercice 5 : De l’eau froide circule dans un tube de chaudière à condensation. Sa température d’entrée est Tfe = 18 °C et son débit massique Qmf = 400 kg / h . Le réchauffage est assuré par condensation de vapeur d’eau à l’extérieur du tube, à la température Tc = 104 °C (isotherme). On donne : Diamètre intérieur d = 12,5 mm ; diamètre extérieur D = 16 mm ; longueur L = 2,4 m ; conductivité de la paroi λ = 46 W/mK . Pour l’eau, on admettra dans la gamme de température considérée : ν = 7.10-7 m2/s; Pr =5,5 ; Cp = 4180 J/kgK . 1) Calculer le coefficient d’échange hf à l’intérieur du tube. 2) On donne le coefficient h côté vapeur : hc= 8000 W / m2 K . Calculer le coefficient global d’échange k. 3) Calculer le NUT et l’efficacité ε de l’appareil. ( Cmin = Cf , NUT = - ln(1 – ε) ) 4) Déterminer la température de sortie d’eau Tfs 5) Déterminer la quantité de chaleur Q récupérée annuellement grâce au dispositif à condensation, si l’on considère que la saison de chauffe dure 150 jours et que la chaudière fonctionne 5 heures par jour. Exercice 6 : Dans la sous-station de chauffage collectif d’un immeuble on désire installer un échangeur à faisceau tubulaire et calandre, destiné à porter de 40 à 60 °C un débit d’eau de 20000 kg/h. Le fluide primaire qui circule dans les tubes est de l’eau surchauffée arrivant à 180 °C, avec un débit de 10000 kg/h. Les tubes ont un diamètre intérieur d = 20 mm, la vitesse d’écoulement adoptée est telle que Re = 10000. Le coefficient d’échange global k est estimé à 450 W / m2K. On admet pour l’eau surchauffée les caractéristiques thermophysiques suivantes : Cpc = 4315 J / kgK ;  = 920 kg / m3 ;  = 19.10 - 5 kg / m.s . 1) Calculer la puissance Φ échangée et la température de sortie du fluide chaud. 2) L’échangeur est à contre-courant, avec une seule passe sur chaque fluide, les tubes étant montés en parallèle. Déterminer : - la surface d’échange nécessaire - la vitesse dans les tubes - la section totale des tubes - le nombre de tubes et la longueur du faisceau uploads/Finance/ td1-smp6-m36-20-21.pdf