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Scambiatore di calore : esercizi risolti

Esercizio 1

Calcolare la superficie di scambio di uno scambiatore di calore a tubi concentrici di cui sono noti il flusso termico q=560 kW, il coefficiente globale di scambio U=100 W/(m2·K) e la differenza media di temperatura ΔTm=140°K. Calcolare, inoltre il quantitativo di tubi necessari ipotizzando di usare dei tubi concentrici con diametro del tubo interno d=2 pollici ciascuno lungo L=5m.

[ 50 tubi ]

Esercizio 2

Due fluidi devono scambiare calore tra le seguenti temperature
fluido caldo
Tci=300°C
Tcu=200°C
cpc=2,26 kJ/kg°C
fluido freddo
Tfi=50°C
Tfu=100°C
cpf=2,5 kJ/kg°C
Ipotizzando un coefficiente globale di scambio U=0,485 kW/m2°K e che la portata del fluido caldo sia mc=0,7 kg/s, determinare la portata del liquido freddo e le superfici di scambio nel caso controcorrente ed equicorrente.

[ 1,26 kg/s | 1,88 m2 | 2 m2]

Esercizio 3

Una portata di 0,55 kg/s di etilbenzene deve essere raffreddata da 80°C a 35°C con dell’acqua che ha temperatura iniziale di 20°C ed una portata mf=1,11 kg/s.
Ipotizzando di usare uno scambiatore controcorrente a tubi concentrici (hairpin) con tubo interno da 1 pollice e 1/4 e un tubo esterno da 2 pollici di lunghezza L=6m. Determinare l’area di scambio e il numero di hairpin necessari , tenendo conto che per il benzene si ha cp=1,96kJ/kg°C alla sua temperatura media ed un coefficiente globale di scambio U=0,38 kW/(m2·K).

[ 2,02 m2 | 4 tubi ]

Esercizio 4

Uno scambiatore controcorrente a tubi concentrici viene impiegato per raffreddare olio lubrificante. La portata dell’acqua di raffreddamento che scorre nel tubo interno dell’hairpin di diametro d=15 mm č mf=0,1 kg/s, mentre la portata dell’olio che scorre nel tubo che costituisce la superficie di scambio ha diametro d=30 mm č mc=0,05 kg/s.
Olio e acqua di raffreddamento entrano rispettivamente alle temperature Tci=110°C e Tfi=30°C.
Nell’ipotesi di assumere un coefficiente globale di scambio U=40 W/(m2·K) si chiede la lunghezza necessaria affinché l’olio esca dallo scambiatore con una temperatura Tcu=70°C.
Si considerino i valori della capacitŕ termica
per l’olio cpc=2,13 kJ(kg·K)
per l’acqua cpf=4,1 8kJ(kg·K).

[ 42,2 m ]

Esercizio 5

In uno scambiatore di calore a fascio tubiero passa una portata mc=10,45 kg/s di etanolo che deve essere raffreddato da una temperatura di Tci=60°C fino a Tcu=35°C con una portata di mf=6 kg/s di acqua con temperatura di ingresso Tfi=6°C.
Sapendo che il calore specifico dell’etanolo č cpc=2,4 kJ/(kg·K) , il calore specifico dell’acqua č cpf=4,18 kJ/(kg·K) il diametro del tubo interno (tubi concentrici) che costituisce la superficie di scambio č d=25 mm e che il coefficiente globale di scambio č U=550 W/(m2·K) determinare la lunghezza del tubo per la configurazione equicorrente.

[ 754 m ]