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 0,8 kg/s di miscela di glicole (cp = 3,6 kJ/(kg·K)) vengono raffreddati da 60 a 35 °C. Trova la potenza termica scambiata Q̇.

ṁ = 0,8 kg/scp = 3,6 kJ/(kg·K)T: 60 → 35 °C
Q̇ = kW
2.Facile
lunghezzaT150 °C90 °C10 °C70 °CΔT₁ΔT₂equicorrente

In uno scambiatore di calore equicorrente il fluido caldo si raffredda da 150 a 90 °C mentre il fluido freddo si riscalda da 10 a 70 °C. Trova la differenza di temperatura media logaritmica ΔTlm.

Th: 150 → 90 °CTc: 10 → 70 °C
ΔTlm = K
3.Media
lunghezzaT140 °C30 °C105 °C10 °CΔT₁ΔT₂controcorrente

Uno scambiatore a fascio tubiero (un passaggio lato mantello, due passaggi lato tubi) deve trasferire 660 kW. Il fluido caldo si raffredda da 140 a 30 °C e il fluido freddo si riscalda da 10 a 105 °C. Il fattore di correzione della LMTD per questa configurazione è F = 0,85, e U = 200 W/(m²·K). Trova l’area di scambio A necessaria.

Q̇ = 660 kWF = 0,85U = 200 W/(m²·K)Th: 140 → 30 °CTc: 10 → 105 °C
A = m²
4.Media
lunghezzaT125 °C110 °C40 °C30 °CΔT₁ΔT₂controcorrente

Uno scambiatore di calore controcorrente trasferisce 260 kW. La sua area di scambio è 2 m². Il fluido caldo si raffredda da 125 a 110 °C e il fluido freddo si riscalda da 30 a 40 °C. Trova il coefficiente globale di scambio U.

Q̇ = 260 kWA = 2 m²Th: 125 → 110 °CTc: 30 → 40 °C
U = W/(m²·K)
5.Difficile
lunghezzaT155 °C60 °C76,82 °C20 °CΔT₁ΔT₂controcorrente

Olio caldo (0,5 kg/s, cp = 2,5 kJ/(kg·K)) si raffredda da 155 a 60 °C in uno scambiatore controcorrente. Riscalda 0,5 kg/s di acqua (cp = 4,18 kJ/(kg·K)) che entra a 20 °C. Con U = 1000 W/(m²·K), trova l’area di scambio A necessaria.

ṁh = 0,5 kg/scp,h = 2,5 kJ/(kg·K)Th: 155 → 60 °Cṁc = 0,5 kg/scp,c = 4,18 kJ/(kg·K)Tc,in = 20 °CU = 1000 W/(m²·K)
A = m²
6.Difficile
lunghezzaT110 °C??15 °CΔT₁ΔT₂controcorrente

In uno scambiatore controcorrente entrambe le correnti hanno la stessa capacità termica oraria, ṁ·cp = 0,5 kW/K. La corrente calda entra a 110 °C e quella fredda a 15 °C. Lo scambiatore ha A = 6 m² e U = 300 W/(m²·K). Trova la temperatura di uscita della corrente calda Th,out.

Ch = Cc = 0,5 kW/KTh,in = 110 °CTc,in = 15 °CA = 6 m²U = 300 W/(m²·K)
Th,out = °C

Soluzioni

  1. 1. Q̇ = 72 kW
  2. 2. ΔTlm = 61,67 K
  3. 3. A = 144,8 m²
  4. 4. U = 1576 W/(m²·K)
  5. 5. A = 2,084 m²
  6. 6. Th,out = 35,65 °C

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