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Licence L3 – GC TD Transferts thermiques 2013 - 2014 1-Un glaçon de 10 g, à la

Licence L3 – GC TD Transferts thermiques 2013 - 2014 1-Un glaçon de 10 g, à la température de – 6°C, est mis dans un verre isolant contenant 10 cl d'eau à la température de + 20 °C. En négligeant la capacité calorifique du récipient et les échanges de chaleur avec l'extérieur. Calculer la température finale du mélange. Chaleur massique de la glace : 2,09 kJ.kg-1°.C-1 Chaleur massique de l'eau : 4,185 kJ.kg-1°.C-1 Chaleurlatente de fusion de la glace : 334,84 kJ.kg-1°.C-1 2-Le rendement d'un générateur de chaleur industriel est donné par le rapport de la puissance utile à la puissance au brûleur. Soit Rg = (Puissance au brûleur - ∑pertes)/ Puissance au brûleur. Parmi les pertes thermiques, on retrouve essentiellement : les pertes par produits de combustion, les pertes par parois et les pertes par chaleur latente. Estmer le rendement du générateur qui est alimenté en méthane avec un débit de 2m3.s-1, dont la surface externe est de 30 m² et sa température 80 °C. Pouvoir calorifique du gaz :9,87 kWh.m3 Pouvoir fumigène : 10,25 m3/m3 gaz Vapeur d'eau produite : 2 m3/m3 gaz Température des fumées : 400 °C Masse volumique des fumées : 0,665 kg.m3 Température ambiante : 20 °C Chaleur latente de vaporisation : 2260 kJ.kg-1 Chaleur massique des fumées : 1,025 kJ.kg-1.°C-1 Masse volumique de la vapeur d'eau : 0,4 kg.m-3 Coefficient d'échange paroi-milieu ambiant : 80 W.m-2.°C-1 3-Soit une MI de plein pied et sur sous-sol complet occupée par 4 personnes dont les caractéristiques sont les suivantes : Largeur = longueur = 12 m; hauteur sous plafond = 2,6 m Zone climatique H1C soit T° ext ref = - 9 °C; DJU = 2850 Besoins en ECS : 40 litres/jour.personne (6 heures de chauffe/jour) Ventilation : 0,6 m3/h.m² Linéiques plancher/mur et plafond/mur : 0,15 W/m.K U ( W/m².K) S (m²) Murs 0,252 125 Toiture 0,135 130 Plancher 0,330 130 Baies 1,1 21 Porte 1,5 4 Rendements : Génération 97 %, Emission 95 %, Régulation 92 % et Transport 94 % Caluler les besoins énergétiques ainsi que la consommation spécifique de ce ce bâtiment. 4-Le mur extérieur d'une maison est constitué de briques. Il est sans ouverture et mesure 6 m de hauteur, 10 m de longueur et 0,20 m d' épaisseur. a) La conductivité thermique de la brique est λ = 0, 67 W.m-1 .K-1 . Calculer la résistance thermique du mur et le flux thermique lorsque la température extérieure est de 0 °C, celle de la maison étant maintenue à 20°C. b) Pour diminuer les déperditions thermiques on isole le mur par 45 millimètres de polystyrène de conductivité thermique λp = 0, 029 W.m-1. K-1. Calculer le nouveau flux thermique. c) Quel serait ce flux thermique, si le mur était constitué de deux parois en brique, de 8 centimètres d'épaisseur chacune, séparées par une couche d'air de 4 centimètres ? La conductivité thermique de l'air est λair = 0, 025 W. m-1. K-1. Conclusion 5-Un mur plan en briques alumineuses a une épaisseur e = 250 mm. La température de ses surfaces est respectivement Tp1 = 1350 °C et Tp2 = 50 °C. La conductivité thermique des briques est fonction de la température soit : b = 0,838.(1 + 0,0007.T). Etablir l'expression donnant la répartition de la température dans l'épaisseur du mur. 6-On considère une maison assimilée à un parallélépipède rectangle de dimensions moyennes L, l. h. Les murs. en pierre mélangée à de la terre, ont une épaisseur moyenne e1 et une conductivité thermique 1. On suppose négligeables les pertes de chaleur par le sol, le plafond, et les ouvertures. La valeur moyenne, sur la durée des quatre mois d'hiver, de la différence entre la température de la face intérieure et celle de la face extérieure du mur est notée . On donne : e1 = 0,5 m 1 = 1,2  = 12 °C L =15 m l = l0 m h = 6 m a) Exprimer littéralement puis calculer la résistance thermique par m2, de ces murs. b) Exprimer littéralement puis calculer le flux thermique  transmis à travers l'ensemble des murs. c) Le prix moyen du kWh est 0,12 €. Calculer le coût du fonctionnement d'un chauffage électrique permettant de compenser les pertes thermiques qui se produisent pendant les l20 jours de froid. 7 - Dans le cadre d'une réfection de la maison, on envisage de recouvrir les façades extérieures d'un enduit et de doubler intérieurement les murs par du placoplâtre séparé du mur par du polystyrène. On donne dans le tableau ci-dessous les épaisseurs e et les conductivités thermiques  des divers matériaux. matériau pierre + terre enduit extérieur polystyrène plâtre e en cm e1 = 50 e2 = 1 e3 = 5 e4 = 0,35  en W.m-1.K-1 1 = 1,2 2 = 1,1 3 = 0,041 4 = 0,35 a) Exprimer littéralement puis calculer la résistance thermique par m2, notée r du mur isolé. b) Calculer l’économie ainsi réalisée pendant les 120 jours de froid. 8-Un mur de béton sépare deux milieux. La température du milieu intérieur est de 20 °C. La température du milieu extérieur est de -5 °C. Pour renforcer thermiquement cette paroi, on est amené à placer des matériaux isolants, côté intérieur ou coté extérieur. 1) ISOLATION INTERIEURE: De l'intérieur vers l'extérieur les matériaux sont les suivants : - plâtre cartonné d'épaisseur 1 cm et de conductivité thermique égale à 0,70 W.m -1 .K -1 , - polystyrène d'épaisseur 5 cm et de conductivité thermique égale à 0,036 W.m -1 .K -1 , - béton d'épaisseur 20 cm et de conductivité thermique égale à 1,4 W.m -1 .K -1 . 2) ISOLATION EXTERIEURE: De l'intérieur vers l'extérieur les matériaux sont les suivants : - béton d'épaisseur 20 cm et de conductivité thermique égale à 1,4 W.m -1 .K -1 . - polystyrène d'épaisseur 5 cm et de conductivité thermique égale à 0,036 W.m -1 .K -1 , - enduit ciment de 1,5 cm d'épaisseur et de conductivité thermique égale à 1,15 W.m -1 .K -1 . a) Calculer la résistance thermique de chaque type d'isolation et le coefficient de transmission thermique. On donne : résistance superficielle interne = 0,11 m 2 .K.W -1 résistance superficielle externe = 0,06 m 2 .K.W -1 N.B: On dressera les résultats obtenus dans un tableau. b) Calculer les températures des différentes faces du mur et de son isolation dans les deux cas. Faire un schéma du diagramme des températures dans chaque cas en précisant les échelles utilisées. c) Analyser les résultats précédents. Quelles constations pouvez vous faire ? Quel type d'isolation convient le mieux dans les différents cas suivants : c-1) Amélioration du "volant thermique". c-2) Diminution des risques de condensation dans le mur en béton. Justifiez vos réponses Rpla = e/ = 0,01/0,7 = 0,0143 K.W-1 Rcim = 0,0130 K.W-1 Rpol = 1,389 K.W-1 R’pol = 1,389 K.W-1 Rbet = 0,143 K.W-1 Rbet = 0,143 K.W-1 Ri = 1/hi = 0,11 K.W-1 Ri = 1/hi = 0,11 K.W-1 Re = 1/he = 0,06 K.W-1 Re = 1/he = 0,06 K.W-1 RT = 1,716 K.W-1 RT = 1,715 K.W-1 U = 0,583 W.K-1 U’ = 0,583 K.W-1 9-On étudie l'équilibre thermique d'un local non chauffé entouré de tous cotés par des locaux chauffés, sauf une façade donnant sur l'extérieur et le plancher sur vide sanitaire. Le local peut être décrit par les schémas suivants : Les caractéristiques des parois sont les suivantes : - planchers : dalle béton, épaisseur = 14 cm - porte : coefficient global d'échange Uporte= 3 W.m-2.K-1 - cloison de fond : coefficient global d'échange Ufond=2,1 W.m-2.K-1 - fenêtre en vitrage simple épaisseur= 3 mm ; conductivité 1,15 W.m-1.K-1 La composition de chaque paroi latérale en briques est la suivante : - brique creuse NFP 13-301 3 alvéoles, épaisseur = 15 cm, résistance thermique unitaire rbrique= 0,35 m2.K.W-1 - enduit plâtre de chaque coté, épaisseur = 1,5 cm ; conductivité = 0,5 W.m-1.K-1 La composition du mur de façade est la suivante : - enduit mortier extérieur, épaisseur= 1 cm ; conductivité = 1,15 W.m-1.K-1 - blocs creux béton NF 14-301 , 2 alvéoles, épaisseur= 20 cm, résistance thermique unitaire rbloc= 0,23 m2.K.W-1 - isolation intérieure polystyrène extrudé, épaisseur = 3 cm ; conductivité = 0,035 W.m-1.K-1 - enduit plâtre intérieur, épaisseur= 1 cm ; conductivité  = 0,5 W.m-1.K-1 Les résistances superficielles sont Ri = 0,14 et Re = 0,03 1- En ne prenant en compte que les déperditions surfaciques, déterminer la température d'équilibre de ce local 2 -Considérant maintenant que ce local est soumis au renouvellement d'air suivant : - 1/2 volume par heure via la porte - 1 volume par heure via la fenêtre Calculer sa nouvelle température d'équilibre. 3 - Si on veut chauffer de façon permanente ce local à la température de 20°C ; déterminer la puissance de chauffage nécessaire en considérant le cas avec renouvellement d'air. 10- Une maison carrée de 11 m de côté et de 3 m de hauteur, comprend les éléments suivants: - des uploads/Ingenierie_Lourd/ exercices-energetique.pdf