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

In einem Wärmeübertrager werden 0,2 kg/s Leichtöl (cp = 2,1 kJ/(kg·K)) von 110 auf 60 °C abgekühlt. Bestimme den Wärmestrom Q̇.

ṁ = 0,2 kg/scp = 2,1 kJ/(kg·K)T: 110 → 60 °C
Q̇ = kW
2.Leicht
LängeT145 °C120 °C120 °C10 °CΔT₁ΔT₂Gegenstrom

Ein Gegenstrom-Wärmeübertrager hat eine Wärmeübertragungsfläche von 2 m² und einen Wärmedurchgangskoeffizienten von 1500 W/(m²·K). Das heiße Fluid kühlt von 145 auf 120 °C ab, das kalte Fluid erwärmt sich von 10 auf 120 °C. Bestimme den Wärmestrom Q̇.

A = 2 m²U = 1500 W/(m²·K)Th: 145 → 120 °CTc: 10 → 120 °C
Q̇ = kW
3.Mittel
LängeT145 °C65 °C120 °C15 °CΔT₁ΔT₂Gegenstrom

Ein Rohrbündel-Wärmeübertrager (ein Mantelgang, zwei Rohrgänge) soll 470 kW übertragen. Das heiße Fluid kühlt von 145 auf 65 °C ab, das kalte Fluid erwärmt sich von 15 auf 120 °C. Der LMTD-Korrekturfaktor für diese Anordnung ist F = 0,92, und U = 300 W/(m²·K). Bestimme die nötige Wärmeübertragungsfläche A.

Q̇ = 470 kWF = 0,92U = 300 W/(m²·K)Th: 145 → 65 °CTc: 15 → 120 °C
A = m²
4.Mittel
LängeT135 °C120 °C10 °C40 °CΔT₁ΔT₂Gleichstrom

Ein Gleichstrom-Wärmeübertrager überträgt 380 kW. Seine Wärmeübertragungsfläche beträgt 3 m². Das heiße Fluid kühlt von 135 auf 120 °C ab, das kalte Fluid erwärmt sich von 10 auf 40 °C. Bestimme den Wärmedurchgangskoeffizienten U.

Q̇ = 380 kWA = 3 m²Th: 135 → 120 °CTc: 10 → 40 °C
U = W/(m²·K)
5.Schwer
LängeT135 °C105 °C15 °C?ΔT₁ΔT₂Gleichstrom

In einem Doppelrohr-Wärmeübertrager im Gleichstrom strömt heißes Öl (0,8 kg/s, cp = 2,1 kJ/(kg·K)) im Innenrohr und kühlt von 135 auf 105 °C ab. Wasser (1,5 kg/s, cp = 4,18 kJ/(kg·K)) tritt im Ringspalt mit 15 °C ein. Das Innenrohr hat 50 mm Durchmesser, und U = 300 W/(m²·K) ist auf diesen Durchmesser bezogen. Bestimme die nötige Rohrlänge L.

ṁh = 0,8 kg/scp,h = 2,1 kJ/(kg·K)Th: 135 → 105 °Cṁc = 1,5 kg/sTc,in = 15 °CD = 50 mmU = 300 W/(m²·K)
L = m
6.Schwer
LängeT125 °C??10 °CΔT₁ΔT₂Gegenstrom

In einem Gegenstrom-Wärmeübertrager haben beide Ströme denselben Wärmekapazitätsstrom, ṁ·cp = 3 kW/K. Der heiße Strom tritt mit 125 °C ein, der kalte mit 10 °C. Der Wärmeübertrager hat A = 1,5 m² und U = 800 W/(m²·K). Bestimme die Austrittstemperatur Th,out des heißen Stroms.

Ch = Cc = 3 kW/KTh,in = 125 °CTc,in = 10 °CA = 1,5 m²U = 800 W/(m²·K)
Th,out = °C

Lösungsschlüssel

  1. 1. Q̇ = 21 kW
  2. 2. Q̇ = 172,1 kW
  3. 3. A = 47,21 m²
  4. 4. U = 1256 W/(m²·K)
  5. 5. L = 10,72 m
  6. 6. Th,out = 92,14 °C

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