Arbeitsblatt Wärmeübertrager (LMTD) mit Lösungen

Kostenloses Arbeitsblatt Wärmeübertrager (LMTD) zum Ausdrucken: 6 Aufgaben von leicht bis Prüfungsniveau, mit Lösungsschlüssel. Drucke es aus oder speichere es als PDF.

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1.Leicht
LängeT120 °C65 °C?15 °CΔT₁ΔT₂Gegenstrom

Heißes Öl (1,5 kg/s, cp = 2,1 kJ/(kg·K)) kühlt in einem Gegenstrom-Wärmeübertrager von 120 auf 65 °C ab. Es erwärmt 0,8 kg/s Wasser (cp = 4,18 kJ/(kg·K)), das mit 15 °C eintritt. An die Umgebung geht keine Wärme verloren. Bestimme die Austrittstemperatur des Wassers Tc,out.

ṁh = 1,5 kg/scp,h = 2,1 kJ/(kg·K)Th: 120 → 65 °Cṁc = 0,8 kg/scp,c = 4,18 kJ/(kg·K)Tc,in = 15 °C
Tc,out = °C
2.Leicht

In einem Wärmeübertrager werden 2,5 kg/s Glykolgemisch (cp = 3,6 kJ/(kg·K)) von 75 auf 25 °C abgekühlt. Bestimme den Wärmestrom Q̇.

ṁ = 2,5 kg/scp = 3,6 kJ/(kg·K)T: 75 → 25 °C
Q̇ = kW
3.Mittel
LängeT80 °C50 °C55 °C20 °CΔT₁ΔT₂Gegenstrom

Ein Rohrbündel-Wärmeübertrager (ein Mantelgang, zwei Rohrgänge) soll 630 kW übertragen. Das heiße Fluid kühlt von 80 auf 50 °C ab, das kalte Fluid erwärmt sich von 20 auf 55 °C. Der LMTD-Korrekturfaktor für diese Anordnung ist F = 0,95, und U = 500 W/(m²·K). Bestimme die nötige Wärmeübertragungsfläche A.

Q̇ = 630 kWF = 0,95U = 500 W/(m²·K)Th: 80 → 50 °CTc: 20 → 55 °C
A = m²
4.Mittel
LängeT160 °C125 °C50 °C10 °CΔT₁ΔT₂Gegenstrom

Ein Gegenstrom-Wärmeübertrager überträgt 500 kW. Das heiße Fluid kühlt von 160 auf 125 °C ab, und das kalte Fluid erwärmt sich von 10 auf 50 °C. Der Wärmedurchgangskoeffizient beträgt 300 W/(m²·K). Bestimme die nötige Wärmeübertragungsfläche A.

Q̇ = 500 kWU = 300 W/(m²·K)Th: 160 → 125 °CTc: 10 → 50 °C
A = m²
5.Schwer
LängeT105 °C20 °C?ΔT₁ΔT₂kondensierender Dampf

Dampf kondensiert bei konstant 105 °C an der Außenseite der Rohre eines Kondensators mit 6 m² Wärmeübertragungsfläche und U = 1000 W/(m²·K). Kühlwasser (0,5 kg/s, cp = 4,18 kJ/(kg·K)) tritt mit 20 °C in die Rohre ein. Bestimme die Austrittstemperatur des Wassers Tc,out.

Ts = 105 °CA = 6 m²U = 1000 W/(m²·K)ṁ = 0,5 kg/scp = 4,18 kJ/(kg·K)Tc,in = 20 °C
Tc,out = °C
6.Schwer
LängeT155 °C85 °C70,82 °C15 °CΔT₁ΔT₂Gegenstrom

Heißes Öl (2 kg/s, cp = 2,5 kJ/(kg·K)) kühlt in einem Gegenstrom-Wärmeübertrager von 155 auf 85 °C ab. Es erwärmt 1,5 kg/s Wasser (cp = 4,18 kJ/(kg·K)), das mit 15 °C eintritt. Bestimme mit U = 1500 W/(m²·K) die nötige Wärmeübertragungsfläche A.

ṁh = 2 kg/scp,h = 2,5 kJ/(kg·K)Th: 155 → 85 °Cṁc = 1,5 kg/scp,c = 4,18 kJ/(kg·K)Tc,in = 15 °CU = 1500 W/(m²·K)
A = m²

Lösungsschlüssel

  1. 1. Tc,out = 66,81 °C
  2. 2. Q̇ = 450 kW
  3. 3. A = 48,36 m²
  4. 4. A = 14,82 m²
  5. 5. Tc,out = 100,2 °C
  6. 6. A = 3,035 m²

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