TD Sur Les Échangeurs Thermiques [PDF]

Zitiervorschau

3 SERIE -BB. ECHANGEURS THERMIQUES : B1. Un échangeur à contre courant a une surface de 12,5 m2 et un coefficient global U = 400 W/m2K. On l’utilise pour refroidir un débit de 2 kg/s d’une huile à 100°C (CpH=2000 J/kg.K) avec un débit de 0,48 kg/s d’une eau à TE=20°C (CpE= 4170 J/kg.K). Calculer les températures de sortie des deux fluides. B2. Un échangeur tubulaire concentrique sert à refroidir l’huile de lubrification. Le diamètre du tube intérieur est de 25 mm transportant de l’eau tandisque le diamètre du tube extérieur de l’huile est de 45 mm.L’échangeur travaillant en contre-courant ayant un coefficient global d’échange U= 60 m2K dont les propriétés sont données par le tableau ci-dessous. 3

Propriétés

Eau 1000 4200 0,64

 (kg/m ) Cp (J/kg.K) k (W/m.K)

Huile 800 1900 0,134

a) Si la température de sortie de l’huile est 60°C, déterminer le transfert total de chaleur ainsi qui la température de sortie de l’eau. b) Déterminer la longueur nécessaire de l’échangeur, L.

B3. On souhaite refroidir 0,1 kg/s d’une huile de 100°C à 60°C. Pour cela, on utilise 0,2 kg/s d’une eau à 30°C. On envisage d’utiliser un échangeur composé de deux tubes concentriques : le diamètre du tube interne, Di est de 25 mm alors que celui du tube externe, De est de 45 mm (on pourra négliger l’épaisseur du tube interne ainsi que l’encrassement). Quel est la longueur du tubes nécessaire pour refroidir l’huile sachant qu’elle s’écoule dans l’espace annulaire et que l’on fonctionne à contre-courant. Données du problème :

CpE  2178 J / kg.K Eau :  k e  0, 625 W / m.K

C  2131 J / kg.K Huile :  pH k H  0,138 W / m.K

Coefficients de transfert : hi= 2250 W/m2K

he= 38 W/m2K

4 SOLUTIONS: B1. TE= 86,5°C et TH= 66,5°C B2. a) q= 7600 W - Bilan énergétique : TE,s = 48,1°C b) q= UA TLn avec TLn = 40°C  L = 40,3 m B3. Température de l’eau à la sortie : 49,6°C et DTLM= 39,3° U= 37,4 W/m2K A = 5,8 m2  L = 74 m