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
lunghezzaT170 °C45 °C20 °C30 °CΔT₁ΔT₂equicorrente

In uno scambiatore di calore equicorrente il fluido caldo si raffredda da 170 a 45 °C mentre il fluido freddo si riscalda da 20 a 30 °C. Trova la differenza di temperatura media logaritmica ΔTlm.

Th: 170 → 45 °CTc: 20 → 30 °C
ΔTlm = K
2.Facile
lunghezzaT160 °C130 °C?30 °CΔT₁ΔT₂controcorrente

Olio caldo (2 kg/s, cp = 2,1 kJ/(kg·K)) si raffredda da 160 a 130 °C in uno scambiatore controcorrente. Riscalda 2 kg/s di acqua (cp = 4,18 kJ/(kg·K)) che entra a 30 °C. Non c’è dispersione di calore verso l’ambiente. Trova la temperatura di uscita dell’acqua Tc,out.

ṁh = 2 kg/scp,h = 2,1 kJ/(kg·K)Th: 160 → 130 °Cṁc = 2 kg/scp,c = 4,18 kJ/(kg·K)Tc,in = 30 °C
Tc,out = °C
3.Media
lunghezzaT160 °C125 °C20 °C65 °CΔT₁ΔT₂equicorrente

Uno scambiatore equicorrente trasferisce 300 kW. Il fluido caldo si raffredda da 160 a 125 °C e il fluido freddo si riscalda da 20 a 65 °C. Il coefficiente globale di scambio è 1000 W/(m²·K). Trova l’area di scambio A necessaria.

Q̇ = 300 kWU = 1000 W/(m²·K)Th: 160 → 125 °CTc: 20 → 65 °C
A = m²
4.Media
lunghezzaT140 °C15 °C115 °CΔT₁ΔT₂vapore che condensa

In un condensatore, il vapore condensa a 140 °C costanti all’esterno dei tubi. L’acqua di raffreddamento (1 kg/s, cp = 4,18 kJ/(kg·K)) scorre nei tubi e si riscalda da 15 a 115 °C. Il coefficiente globale di scambio è 1500 W/(m²·K). Trova l’area di scambio A necessaria.

Ts = 140 °Cṁ = 1 kg/scp = 4,18 kJ/(kg·K)Tc: 15 → 115 °CU = 1500 W/(m²·K)
A = m²
5.Difficile
lunghezzaT130 °C55 °C?15 °CΔT₁ΔT₂controcorrente

In uno scambiatore a doppio tubo controcorrente, olio caldo (0,2 kg/s, cp = 2,1 kJ/(kg·K)) scorre nel tubo interno e si raffredda da 130 a 55 °C. Acqua (0,3 kg/s, cp = 4,18 kJ/(kg·K)) nell’intercapedine anulare entra a 15 °C. Il tubo interno ha un diametro di 40 mm, e U = 400 W/(m²·K) è riferito a questo diametro. Trova la lunghezza del tubo L necessaria.

ṁh = 0,2 kg/scp,h = 2,1 kJ/(kg·K)Th: 130 → 55 °Cṁc = 0,3 kg/sTc,in = 15 °CD = 40 mmU = 400 W/(m²·K)
L = m
6.Difficile
lunghezzaT100 °C60 °C34,67 °C20 °CΔT₁ΔT₂controcorrente

Olio caldo (1 kg/s, cp = 2,3 kJ/(kg·K)) si raffredda da 100 a 60 °C in uno scambiatore controcorrente. Riscalda 1,5 kg/s di acqua (cp = 4,18 kJ/(kg·K)) che entra a 20 °C. Con U = 300 W/(m²·K), trova l’area di scambio A necessaria.

ṁh = 1 kg/scp,h = 2,3 kJ/(kg·K)Th: 100 → 60 °Cṁc = 1,5 kg/scp,c = 4,18 kJ/(kg·K)Tc,in = 20 °CU = 300 W/(m²·K)
A = m²

Soluzioni

  1. 1. ΔTlm = 58,63 K
  2. 2. Tc,out = 45,07 °C
  3. 3. A = 3,177 m²
  4. 4. A = 4,485 m²
  5. 5. L = 10,17 m
  6. 6. A = 5,939 m²

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