Le nombre d'unités de transfert thermique NUT
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Le nombre d'unités de transfert thermique NUT

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La notion d'unité de transfert s'applique aussi bien pour le transfert de matière que pour le transfert thermique.
Une unité de transfert correspond à un changement de composition ou de propriété du milieu qui gouverne l'échange, égal à la différence moyenne de composition ou de propriété entre les deux milieux.
Dans le cas d'un échange thermique:
Une unité de transfert thermique correspond au changement de température du fluide dont le débit de chaleur sensible (M.Cp) est le plus faible, égal à la différence moyenne de température entre les fluides.
Exemple:
Soit un échangeur eau-eau (Cp=1kcal/kg/°C):
 - côté chaud: 100 kg/h à 100°C
 - côté froid: 400 kg/h à 20°C
Le côté chaud gouverne l'échange avec M.Cp= 100 kcal/h/°C (contre 400 pour le côté froid)
Cela signifie que la température de sortie du fluide chaud sera limitée à la température d'entrée du fluide froid.
Pour une température de sortie du fluide chaud à 51°C:
 - abaissement de température du fluide chaud = 100-51 = 49°C
 - température de sortie du fluide froid: = 20 + (100 - 51)*100/400 = 32,25°C
 - différence moyenne de température entre les fluides = [(100-32,25)+(51-20)]/2 = 49°C
Le nombre d'unité de transfert est 1

Le nombre d'unité de transfert est relié à l'efficacité de l'échangeur par la relation:
NUT = -ln(1-Q/Qmax)
avec:
Q: chaleur échangée dans l'échangeur
Qmax: chaleur maximum transférable dans un échangeur à contre-courant de surface infinie

NUTQ/Qmax
163%
286,5%
395%
498%
599,3%
699,75%

Le nombre d'unité de transfert est relié aux caractéristiques de l'échangeur par la relation:
NUT = U.A/Cmin
avec:
U: coeffcient de transfert thermique (kcal/h/m²/°C)
A: surface d'échange (m²)
Cmin = valeur minimum de M.Cp du fluide chaud ou du fluide froid qui contrôle l'échange thermique.
M: débit massique de fluide (kg/h)
Cp: capacité calorifique du fluide (kcal/kg/°C)

Appliqué à l'exemple précédent:
Cmin = 100 kcal/h/°C
U = 200 kcal/h/m²/°C
A = NUT*Cmin/U = 1*100/200 = 0,5m²

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