TD 3

Faculté des Sciences et des Sciences Appliquées, BOUIRA
2eme Année Master Energétique
Module : Echangeur de chaleur
Série TD N° 03 : Méthode de l’efficacité NUT
Exercice 1
Un échangeur de chaleur avec 2 passas côté calandre et 2 passes côté tubes est utilisé pour
refroidir de l’huile chaude (Cp = 2200 J/kg °C) avec de l'eau (Cp = 4180 J/kg °C). Le nombre
de tubes par passe est 6 et la longueur de chaque tube dans l'échangeur est de 3 m. Les tubes
sont en cuivre et sont à paroi mince avec un diamètre de 1,8 cm et le coefficient global de
transfert de chaleur est de 340 W/m2°C. L'eau circule dans les tubes à un débit total de
0,1kg /s et l'huile s’écoule dans la calandre à un débit de 0,2 kg /s. L'eau et l'huile entrent à
des températures de 18 °C et 160 °C, respectivement.
Déterminer le flux de transfert de chaleur dans cet échangeur et les températures de sortie de
l'eau et de l'huile.
Exercice 2
Un échangeur de chaleur à courant croisé (air / eau) avec une efficacité de 0,65 est utilisé pour
chauffer l'eau (Cp = 4180 J/ kg °C) avec de l'air chaud (Cp = 1010 J/ kg °C). L'eau entre dans
l'échangeur de chaleur à 20 °C avec un débit de 4 kg/s, tandis que l'air entre à 100 °C avec un
débit de 9 kg /s. Si le coefficient global de transfert de chaleur rapporté à la surface où circule
l’eau est de 260 W/m2°C, déterminez la surface d’échange de cet échangeur. Supposons que
les deux fluides ne sont pas brassés.
Eau
Air chaud
Exercice 3
Dans un échangeur de chaleur coaxial à contre-courant, l'eau (Cp = 4180 J/ kg °C) entre dans
le tube centrale de 2,5 cm de diamètre intérieur avec une température de 17 °C et un débit de
3 kg /s. L'eau est chauffée par la condensation de la vapeur à 120 °C (Lv = 2203 kJ/ kg) dans
l’espace annulaire entre les deux tubes. Si le coefficient global de transfert de chaleur
rapporté à la surface interne est de Ui = 900 W/m2 °C, déterminer la longueur du tube
nécessaire pour chauffer l'eau à 80 °C en utilisant :
(a) la méthode DTLM,
(b) la méthode NUT.
Exercice 4
Un échangeur de chaleur à courant croisé est constitué de 40 tubes à paroi mince de 1 cm de
diamètre englobés dans un canal de section de 1 m x 1 m. Il n'y a pas d'ailettes attachées aux
tubes. L'eau froide (Cp = 4180 J/ kg °C) entre dans les tubes à 18 °C avec une vitesse
moyenne de 3 m /s, tandis que l'air chaud (Cp = 1010 J/ kg °C) entre dans le canal à 130 °C à
une vitesse moyenne de 12 m/s. Si le coefficient global de transfert de chaleur rapporté aux
1
tubes est de 130 W/ m2 °C, déterminez les températures de sortie des deux fluides et le flux de
transfert de chaleur.
Propriétés : ρeau= 1000 kg/m3, ρair=0,908 kg/m3
Air chaud
130°C
Eau
12m/s
18°C
3m/s
Exercice 5
On se propose de préchauffer de l’eau pour une chaudière, à partir des gaz sortants d’une
cheminée.
On donne pour les gaz : cp=0,24 kcal/kg °C, Tce=149°C, débit masse = 910 kg/h.
Pour l’eau: cp=1 kcal/kg °C, Tfe==16°C, Tfs=93°C, le débit de l’eau = 182 kg/h.
L’échangeur utilisé est un multitubulaire à une passe côté calandre et 4 passes côté tubes.
L’eau s’écoule à l’intérieur des tubes de cuivre (k=250kcal/hm °C) de diamètre intérieur
di=25,4mm et de diamètre extérieur de=31,5mm. On donne le coefficient hg=97,6 kcal/hm2°C,
heau=976 kcal/ hm2°C, l’encrassement coté eau est estimé à 0,002 m 2 h°C/kcal.
1- Calculer le coefficient global rapporté à la surface externe.
2- Calculer ΔTlM et la correction correspondante
3- Evaluer la longueur totale des tubes
4- Calculer l’efficacité de cet échangeur
5- Quelle serait l’augmentation de l’efficacité de cet échangeur si on multipliait le débit
d’eau par 2, ce qui provoquerait une augmentation de heau=1560 kcal/hm2°C ?
Exercice 6
Dans la sous-station de chauffage collectif d’un immeuble on désire installer un échangeur de
chaleur à faisceaux tubulaire et calandre, destiné à porter de 40 à 60°C un débit d’eau de
20000 kg/h. L’eau surchauffé qui circule dans les tubes entre avec une température de 180°C,
à raison de 10000 kg/h. les tubes ont un diamètre intérieur d=20 mm ; la vitesse d’écoulement
adopté est telle que Re=10000. Le coefficient d’échange global U est estimé à 450 W/m 2 °C.
On admet pour les fluides les propriétés suivantes :
Fluide chaud: Cp = 4342 J/kg °C, ρ= 910 kg/m3, μ= 1,7 10- 4 Pa.s
Fluide froid: Cp = 4181 J/kg °C, ρ= 990 kg/m3, μ= 5,63 10- 4 Pa.s
1. Calculer le flux de chaleur échangé et la température de sortie du fluide chaud.
2. L’échangeur est à contre-courant, avec une seul passe sur chaque fluide, les tubes
étant montés en parallèle. En utilisant la méthode NUT déterminé :
 La surface d’échange nécessaire
 La vitesse dans les tubes
 La section totale des tubes
 Le nombre de tubes
 La longueur du faisceau

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