Scheda di esercizi di Scambiatori di calore (LMTD) con soluzioni

Scheda di esercizi di Scambiatori di calore (LMTD) gratuita e stampabile: 6 esercizi dal livello facile a quello d’esame, con le soluzioni. Stampala o salvala come PDF.

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Nome: ____________________   Data: ____________

1.Facile

In uno scambiatore di calore 2 kg/s di miscela di glicole (cp = 3,6 kJ/(kg·K)) vengono raffreddati da 70 a 30 °C. Trova la potenza termica scambiata Q̇.

ṁ = 2 kg/scp = 3,6 kJ/(kg·K)T: 70 → 30 °C
Q̇ = kW
2.Facile
lunghezzaT110 °C90 °C75 °C20 °CΔT₁ΔT₂controcorrente

In uno scambiatore controcorrente il fluido caldo si raffredda da 110 a 90 °C mentre il fluido freddo si riscalda da 20 a 75 °C. Trova la differenza di temperatura media logaritmica ΔTlm.

Th: 110 → 90 °CTc: 20 → 75 °C
ΔTlm = K
3.Media
lunghezzaT125 °C70 °C15 °C45 °CΔT₁ΔT₂equicorrente

Uno scambiatore di calore equicorrente trasferisce 180 kW. La sua area di scambio è 1 m². Il fluido caldo si raffredda da 125 a 70 °C e il fluido freddo si riscalda da 15 a 45 °C. Trova il coefficiente globale di scambio U.

Q̇ = 180 kWA = 1 m²Th: 125 → 70 °CTc: 15 → 45 °C
U = W/(m²·K)
4.Media
lunghezzaT150 °C75 °C25 °C15 °CΔT₁ΔT₂controcorrente

Uno scambiatore a fascio tubiero (un passaggio lato mantello, due passaggi lato tubi) deve trasferire 630 kW. Il fluido caldo si raffredda da 150 a 75 °C e il fluido freddo si riscalda da 15 a 25 °C. Il fattore di correzione della LMTD per questa configurazione è F = 0,8, e U = 1000 W/(m²·K). Trova l’area di scambio A necessaria.

Q̇ = 630 kWF = 0,8U = 1000 W/(m²·K)Th: 150 → 75 °CTc: 15 → 25 °C
A = m²
5.Difficile
lunghezzaT80 °C50 °C23,46 °C10 °CΔT₁ΔT₂controcorrente

Olio caldo (1,5 kg/s, cp = 2,5 kJ/(kg·K)) si raffredda da 80 a 50 °C in uno scambiatore controcorrente. Riscalda 2 kg/s di acqua (cp = 4,18 kJ/(kg·K)) che entra a 10 °C. Con U = 1000 W/(m²·K), trova l’area di scambio A necessaria.

ṁh = 1,5 kg/scp,h = 2,5 kJ/(kg·K)Th: 80 → 50 °Cṁc = 2 kg/scp,c = 4,18 kJ/(kg·K)Tc,in = 10 °CU = 1000 W/(m²·K)
A = m²
6.Difficile
lunghezzaT100 °C25 °C?ΔT₁ΔT₂vapore che condensa

Il vapore condensa a 100 °C costanti all’esterno dei tubi di un condensatore con un’area di scambio di 8 m² e U = 2000 W/(m²·K). L’acqua di raffreddamento (1,5 kg/s, cp = 4,18 kJ/(kg·K)) entra nei tubi a 25 °C. Trova la temperatura di uscita dell’acqua Tc,out.

Ts = 100 °CA = 8 m²U = 2000 W/(m²·K)ṁ = 1,5 kg/scp = 4,18 kJ/(kg·K)Tc,in = 25 °C
Tc,out = °C

Soluzioni

  1. 1. Q̇ = 288 kW
  2. 2. ΔTlm = 50,49 K
  3. 3. U = 3138 W/(m²·K)
  4. 4. A = 8,892 m²
  5. 5. A = 2,354 m²
  6. 6. Tc,out = 94,15 °C

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