Médian P2010

U.T.C. - TF 06 Examen Médian Printemps 2010
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Durée 2 heures – Une feuille de formulaire autorisée
Les exercices doivent être obligatoirement rédigés sur des feuilles séparées.
Exercice 1 :
Dans une canalisation d’acier de diamètre intérieur de 120 mm et d’épaisseur 5 mm, circule de la vapeur
saturée (240°C, 34 bars). La température de l’air ambiant est de 20°C, la longueur de la conduite est de
50 m.
1. Déterminer le débit de vapeur condensée en sortie de conduite, sachant que la chaleur latente de
condensation de la vapeur est de 2 800 kJ/kg.
2. Afin de réduire le débit des condensats, on calorifuge la canalisation à l’aide d’une laine minérale.
Déterminer l’épaisseur de calorifuge nécessaire, afin de réduire le débit des condensats d’un facteur
10.
Données :
acier : 46 W/m °C laine minérale : 0,1 W/m °C
hinterne = 11 600 W/m2 °C hexterne = 14 W/m2 °C
(vapeur/paroi) (paroi externe/ambiance)
Exercice 2 :
Un système de freinage peut être simulé par le dispositif suivant :
Une tige de section  et de longueur semi-infinie prend appui avec une force F sur une surface plane.
Cette tige se déplace sur cette plaque à la vitesse v.
La force de frottement ainsi appliquée est proportionnelle à la vitesse de déplacement et à la section de
contact : F =  v .
Ce frottement engendre une dissipation de chaleur (la puissance dissipée est totalement transmise à la
tige). La puissance dissipée P est alors proportionnelle à la force de frottement et à la vitesse : P =   v2.
1. Déterminer l’expression du profil de température dans la tige en considérant la tige comme une ai-
lette de dimension semi-infinie, et en supposant que l’air ambiant est à la température Tamb et que le
coefficient d’échange convectif est h.
On admettra que la température du barreau est uniforme transversalement et qu’elle ne dépend que
de z.
2. Vérifier que la puissance dissipée par la surface latérale de l’ailette correspond à la puissance dégagée
par frottement.
z
h Tam

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3. Calculer la température à la base de l’ailette.
Données :
tige = 40 W/m °C h = 20 W/m2 °C
Tamb = 20 °C P = 25 W/m2. Rayon de la tige : R = 1 cm
Exercice 3 :
On se propose d’évaluer la puissance thermique nécessaire au maintien de la surface d’un tapis de billard à
une température Tp supérieure à la température ambiante Ta (cela garantit au roulement des boules un
caractère uniforme et constant).
On modélise le billard sous la forme de trois couches superposées constituées
 d’un élément chauffant, d’épaisseur e1, de conductivité thermique moyenne 1, à l’intérieur duquel
circulent des résistances électriques uniformément réparties ;
 d’une plaque de marbre, d’épaisseur e2, de conductivité thermique 2 ;
 du tapis de billard, d’épaisseur e3, de conductivité thermique 3.
Les dimensions du billard (longueur L = 2,8 m, largeur l = 1,25 m) permettent de supposer que la tem-
pérature ne dépend que de la dimension x.
Le coefficient d’échange convectif, h, est uniforme et sa valeur est la même en-dessous et au-dessus du
billard.
1. Calculer le débit de chaleur échangé entre le tapis et le milieu ambiant.
2. Déterminer les différentes températures aux surfaces de contact.
3. Calculer la valeur de la puissance thermique  dissipée par effet Joule à l’intérieur de l’élément
chauffant pour maintenir la surface du tapis à la température Tp.
4. Déterminer la température à la surface inférieure (x=0).
Données :
Données numériques :
Tp = 40°C Ta = 20°C h = 10 W/m2.K
e1 = 4 cm e2 = 5 cm e3 = 2 mm
1 = 12 W/m.K 2 = 2,5 W/m.K 3 = 0,5 W/m.K
x Tp
x3
Tapis, e3, 3
x2
Marbre, e2, 2
x1
Elément chauffant, e1, 1
0