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 0,2 kg/s di etanolo (cp = 2,44 kJ/(kg·K)) vengono raffreddati da 90 a 65 °C. Trova la potenza termica scambiata Q̇.

ṁ = 0,2 kg/scp = 2,44 kJ/(kg·K)T: 90 → 65 °C
Q̇ = kW
2.Facile
lunghezzaT170 °C95 °C?25 °CΔT₁ΔT₂controcorrente

Olio caldo (2 kg/s, cp = 2,5 kJ/(kg·K)) si raffredda da 170 a 95 °C in uno scambiatore controcorrente. Riscalda 1 kg/s di acqua (cp = 4,18 kJ/(kg·K)) che entra a 25 °C. Non c’è dispersione di calore verso l’ambiente. Trova la temperatura di uscita dell’acqua Tc,out.

ṁh = 2 kg/scp,h = 2,5 kJ/(kg·K)Th: 170 → 95 °Cṁc = 1 kg/scp,c = 4,18 kJ/(kg·K)Tc,in = 25 °C
Tc,out = °C
3.Media
lunghezzaT175 °C90 °C70 °C30 °CΔT₁ΔT₂controcorrente

Uno scambiatore controcorrente trasferisce 290 kW. Il fluido caldo si raffredda da 175 a 90 °C e il fluido freddo si riscalda da 30 a 70 °C. Il coefficiente globale di scambio è 800 W/(m²·K). Trova l’area di scambio A necessaria.

Q̇ = 290 kWU = 800 W/(m²·K)Th: 175 → 90 °CTc: 30 → 70 °C
A = m²
4.Media
lunghezzaT165 °C130 °C110 °C20 °CΔT₁ΔT₂controcorrente

Uno scambiatore di calore controcorrente trasferisce 470 kW. La sua area di scambio è 8 m². Il fluido caldo si raffredda da 165 a 130 °C e il fluido freddo si riscalda da 20 a 110 °C. Trova il coefficiente globale di scambio U.

Q̇ = 470 kWA = 8 m²Th: 165 → 130 °CTc: 20 → 110 °C
U = W/(m²·K)
5.Difficile
lunghezzaT150 °C40 °C70,53 °C10 °CΔT₁ΔT₂controcorrente

Olio caldo (1,5 kg/s, cp = 2,3 kJ/(kg·K)) si raffredda da 150 a 40 °C in uno scambiatore controcorrente. Riscalda 1,5 kg/s di acqua (cp = 4,18 kJ/(kg·K)) che entra a 10 °C. Con U = 1500 W/(m²·K), trova l’area di scambio A necessaria.

ṁh = 1,5 kg/scp,h = 2,3 kJ/(kg·K)Th: 150 → 40 °Cṁc = 1,5 kg/scp,c = 4,18 kJ/(kg·K)Tc,in = 10 °CU = 1500 W/(m²·K)
A = m²
6.Difficile
lunghezzaT155 °C105 °C?15 °CΔT₁ΔT₂controcorrente

In uno scambiatore a doppio tubo controcorrente, olio caldo (0,5 kg/s, cp = 2,5 kJ/(kg·K)) scorre nel tubo interno e si raffredda da 155 a 105 °C. Acqua (0,8 kg/s, cp = 4,18 kJ/(kg·K)) nell’intercapedine anulare entra a 15 °C. Il tubo interno ha un diametro di 20 mm, e U = 150 W/(m²·K) è riferito a questo diametro. Trova la lunghezza del tubo L necessaria.

ṁh = 0,5 kg/scp,h = 2,5 kJ/(kg·K)Th: 155 → 105 °Cṁc = 0,8 kg/sTc,in = 15 °CD = 20 mmU = 150 W/(m²·K)
L = m

Soluzioni

  1. 1. Q̇ = 12,2 kW
  2. 2. Tc,out = 114,7 °C
  3. 3. A = 4,508 m²
  4. 4. U = 740,4 W/(m²·K)
  5. 5. A = 4,982 m²
  6. 6. L = 63,23 m

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