IUT de Marseille Année 2013-2014 Durée 2h Contrôle de Génie Chimique Transferts thermiques

Donner 1 chiffre significatif sur les % et les températures

Département Chimie Mardi 25 mars 2014 sans document Exercice 1 : Une paroi plane sépare de l’air chaud (Ti = +20°C) et de l’air froid (Te = -15°C). a/ Comparer les résistances thermiques intervenant dans ce transfert de chaleur (°C. h. Kcal -1 ) b/ Calculer les pertes thermiques (Kcal/h) et le coefficient global d’échange (Kcal.h

-1 .m

-2 .°C -1 ). c/ En déduire les températures de parois interne et externe Tpi et Tpe. d/ On fixe une plaque de calorifuge pour isoler la paroi précédente. Quelle doit être son épaisseur e c pour que le flux thermique soit divisé par trois ? f/ Que deviennent alors les températures de parois Tpi’ et Tpe’. g/ Quelle est la température intermédiaire entre la paroi et le calorifuge Tp/c lorsque ce dernier est placé : g1/ côté air chaud g2 / Données : côté air froid Epaisseur de la paroi : ep = 5 cm Surface de la paroi Sp = 100m 2 Conductivité thermique de la paroi λ p = 5 Kcal.h

-1 .m

-1 .°K -1 Conductivité thermique calorifuge λ c = 0,03 Kcal.h

-1 .m

-1 .°K -1 Coefficients de convection interne et externe h ci = h ce = 10 Kcal.h

-1 .m

-2 .°K -1 Exercice 2 : La face arrière d'un hall pilote est constituée par un mur en béton. Pour des raisons d'économie d'énergie et de confort thermique, on envisage d'isoler ce mur par des plaques d'isolant. Le coefficient de transmission air-paroi intérieur = hi est de 8 watt/m2.°C. Le coefficient de transmission air-paroi extérieure = he est de 10 watt/m2.°C. Dans le cas où la température intérieure Τ mi est de 18°C et la température extérieure Τ me de -15°C, étudier en fonction de l'épaisseur du calorifuge (ec 0 = 0 cm / ec 1 = 5 cm / ec 2 = 10 cm / ec 3 = 15 cm ): a) la déperdition calorifique ( φ 0 / φ 1 / φ 2 / φ 3 (

W

) ). b) le coefficient de réduction de ces pertes calculé pour les 3 épaisseurs par : φ

n

/ φ

n

+ 1 c) la température de la paroi intérieure (T pi0 / T pi1 / T pi2 / T pi3 /). CARACTERISTIQUES du mur Du calorifuge Surface Epaisseur Conductivité thermique S = 100 m2 em = 20 cm λ m = 1,5 watt/m.°C ec variable de 0 à 15 cm λ c = 4.10

-2 watt/m.°C Présentez vos résultats dans un tableau récapitulatif. Conclure par rapport à vos résultats. Exercice 3 : Une conduite en acier de diamètre intérieur 53 mm et de diamètre extérieur 60 mm, transportant de la vapeur surchauffée, est calorifugée par 32 mm de revêtement en terre à diatomées. Ce revêtement est isolé par 65 mm de feutre d'amiante. La température moyenne de la paroi intérieure du tuyau dans lequel circule la vapeur est de 482°C. La température moyenne de la surface externe du feutre d'amiante est de 50°C. La température du milieu externe est de 30°C. On demande d’évaluer: 1) les différentes résistances à travers les 3 matériaux solides. Faire un tableau, donner les résistances pour un mètre de canalisation, en °C.m./W puis en % de la résistance totale par conduction. 2) les pertes de chaleur par mètre de longueur (W/m). 2) la température Τ ' de la surface comprise entre les deux couches de calorifuge. 3) le coefficient de transmission externe he en W/(m 2 .°C) Données : λ acier = 40 W/(m.°C) / λ 1 terre à diatomées = 0,1 W/(m.°C / λ 2 feutre d'amiante = 0,072 W/(m.°C)