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.

Nuova schedaEsercitati online con i suggerimenti

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Nome: ____________________   Data: ____________

1.Facile
lunghezzaT80 °C65 °C40 °C30 °CΔT₁ΔT₂controcorrente

In uno scambiatore controcorrente il fluido caldo si raffredda da 80 a 65 °C mentre il fluido freddo si riscalda da 30 a 40 °C. Trova la differenza di temperatura media logaritmica ΔTlm.

Th: 80 → 65 °CTc: 30 → 40 °C
ΔTlm = K
2.Facile
lunghezzaT120 °C85 °C?20 °CΔT₁ΔT₂controcorrente

Olio caldo (2 kg/s, cp = 2,5 kJ/(kg·K)) si raffredda da 120 a 85 °C in uno scambiatore controcorrente. Riscalda 1,5 kg/s di acqua (cp = 4,18 kJ/(kg·K)) che entra a 20 °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: 120 → 85 °Cṁc = 1,5 kg/scp,c = 4,18 kJ/(kg·K)Tc,in = 20 °C
Tc,out = °C
3.Media
lunghezzaT180 °C45 °C80 °C25 °CΔT₁ΔT₂controcorrente

Uno scambiatore a fascio tubiero (un passaggio lato mantello, due passaggi lato tubi) deve trasferire 580 kW. Il fluido caldo si raffredda da 180 a 45 °C e il fluido freddo si riscalda da 25 a 80 °C. Il fattore di correzione della LMTD per questa configurazione è F = 0,92, e U = 1000 W/(m²·K). Trova l’area di scambio A necessaria.

Q̇ = 580 kWF = 0,92U = 1000 W/(m²·K)Th: 180 → 45 °CTc: 25 → 80 °C
A = m²
4.Media
lunghezzaT170 °C105 °C75 °C20 °CΔT₁ΔT₂controcorrente

Uno scambiatore a fascio tubiero (un passaggio lato mantello, due passaggi lato tubi) deve trasferire 640 kW. Il fluido caldo si raffredda da 170 a 105 °C e il fluido freddo si riscalda da 20 a 75 °C. Il fattore di correzione della LMTD per questa configurazione è F = 0,92, e U = 200 W/(m²·K). Trova l’area di scambio A necessaria.

Q̇ = 640 kWF = 0,92U = 200 W/(m²·K)Th: 170 → 105 °CTc: 20 → 75 °C
A = m²
5.Difficile
lunghezzaT150 °C120 °C?20 °CΔT₁ΔT₂controcorrente

In uno scambiatore a doppio tubo controcorrente, olio caldo (0,5 kg/s, cp = 2,3 kJ/(kg·K)) scorre nel tubo interno e si raffredda da 150 a 120 °C. Acqua (0,2 kg/s, cp = 4,18 kJ/(kg·K)) nell’intercapedine anulare entra a 20 °C. Il tubo interno ha un diametro di 50 mm, e U = 300 W/(m²·K) è riferito a questo diametro. Trova la lunghezza del tubo L necessaria.

ṁh = 0,5 kg/scp,h = 2,3 kJ/(kg·K)Th: 150 → 120 °Cṁc = 0,2 kg/sTc,in = 20 °CD = 50 mmU = 300 W/(m²·K)
L = m
6.Difficile
lunghezzaT100 °C20 °C?ΔT₁ΔT₂vapore che condensa

Il vapore condensa a 100 °C costanti all’esterno dei tubi di un condensatore con un’area di scambio di 1 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 20 °C. Trova la temperatura di uscita dell’acqua Tc,out.

Ts = 100 °CA = 1 m²U = 2000 W/(m²·K)ṁ = 1,5 kg/scp = 4,18 kJ/(kg·K)Tc,in = 20 °C
Tc,out = °C

Soluzioni

  1. 1. ΔTlm = 37,44 K
  2. 2. Tc,out = 47,91 °C
  3. 3. A = 12,68 m²
  4. 4. A = 38,69 m²
  5. 5. L = 7,767 m
  6. 6. Tc,out = 41,85 °C

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