0133-4ACh4. Conductance effective de transfert : U

Note culturelle :

Le coefficient de transfert thermique est un coefficient quantifiant le flux d’énergie traversant un milieu, par unité de surface.

– Dans le cas d’une interface complexe composée de plusieurs surfaces d’échange successives, il est possible de composer les coefficients pour obtenir le coefficient de transfert global encore appelé conductance effective de transfert. Cette notion est particulièrement utilisée dans les échangeurs de chaleur où l’on trouve deux interfaces et une résistance due à la paroi qui sépare les deux fluides.

– Dans l’isolation des bâtiments, où le complexe isolant comporte souvent plusieurs matériaux et plusieurs interfaces, la conductance effective de transfert est obtenue à partir de l’inverse de la résistance thermique globale de l’assemblage (la valeur R effective). Il s’agit d’une moyenne pondérée de la composition de cet assemblage. Il est donc nécessaire de connaître la résistance thermique de l’ensemble des matériaux, y compris :  les éléments structuraux, le revêtement extérieur, ainsi que les films d’air extérieur et intérieur.

Le coefficient de transfert global (ou conductance effective de transfert) est en général noté U(W/m2°C), et pour les coefficients de transfert locaux ou de film, le symbole h(W/m2°C) est utilisé.

De l’eau s’écoule en régime permanent, à une vitesse moyenne débitante <V> = 2 m/s dans une conduite à section droite circulaire (voir figure ci-dessous), de diamètre intérieure : D = 25 mm, et de longueur droite : L = 2,5 m. L’extérieur du tube est maintenu, sur toute sa longueur, à une température constante de Text = 320 K. La résistance conductive de la paroi métallique du tube peut être négligée.

La température de l’eau en entrée du tube est de : Te = 293 K, tandis que la température mesurée en sortie est de : Ts = 298 K.

1°) Calculer la puissance thermique P (.W.), effectivement transférée à l’eau en écoulement interne. La masse volumique de l’eau sera prise égale à : ρ = 1000 kg/m3, et sa chaleur spécifique à : CP = 4180 J/kg°C.

2°) En déduire la conductance effective de transfert U (W/m2°C) de l’échange considéré.

Fig.: Écoulement d’eau dans une conduite cylindrique

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