Università di Roma – Tor Vergata
Facoltà di Ingegneria – Dipartimento di Ingegneria Meccanica
Termotecnica 1
“Dimensionamento di uno
scambiatore di calore – ε/NTU.”
Ing. G. Bovesecchi
[email protected]
06-7259-7127 (7249/4657)
Anno Accademico 2011-2012
Dimensionamento di uno scambiatore di calore – ε/NTU
Dimensionamento di uno scambiatore di calore – ε/NTU
Dimensionamento di uno scambiatore di calore – ε/NTU
La caldaia di un impianto di riscaldamento domestico è costituita da un
bruciatore e da uno scambiatore di calore con due passaggi nel lato
mantello e 4 nel lato tubi.
Dal lato mantello entra acqua pressurizzata (cp=4.19kJ/kg K, ps=8bar,
Ts=180°C) con una portata di 0.86kg/s alla temperatura di 75°C.
Dal lato tubi entrano i fumi della combustione con velocità di 10.3m/s,
cp=1.09kJ/kgK, ρ=0.505 kg/m3, la temperatura di ingresso è pari a
1100°C.
Il fascio tubiero è costituito da 35 tubi di acciaio (λ=48W/mK) di
diametro interno 50mm e spessore di 3mm e lunghezza del singolo
passaggio di 1.3m.
Calcolare la temperatura di uscita dell’acqua dallo scambiatore se:
hw=1380W/m2K e ha=42 W/m2K.
Dimensionamento di uno scambiatore di calore – ε/NTU
Iniziamo con il calcolo di R:
mf = uf × r f × Sf × n
æ 50 ×10-3 m ö
-1
-3
-1
m f = 10.3m × s 0.505kg × m × p × ç
÷ × 35 = 0.36 kg × s
2
è
ø
2
C f = m f × c pf = 0.36 kg × s-1 ×1.09 kJ × kg-1 × K -1 = 0.392 kW × K -1
Cw = mw × c wp = 0.86 kg × s-1 × 4.19 kJ × kg-1 × K -1 = 3.603kW × K -1
C f = 0.392 kW × K -1 = Cmin
Cw = 3.603kW × K -1 = Cmax
Cmin 0.392 kW × K -1
R=
=
= 0.11
-1
Cmax 3.603kW × K
Dimensionamento di uno scambiatore di calore – ε/NTU
Passiamo ora al calcolo dell’NTU
UA
NTU =
Cmin
1
U=
1 re re re 1
+ ln +
hw l ri ri h f
1
U=
1
28×10 -3 m
56 56
1
+
ln +
-2
-1
-1
-1
50 50 42W × m-2 × K -1
1380W × m × K
48W × m × K
U = 36.4W × m-2 × K -1
A = p × de × L × n = p × 56 ×10-3 m × 5.2 m × 35 = 32 m2
UA 36.4W × m-2 × K -1 × 32m 2
NTU =
=
= 2.97
-1
Cmin
392W × K
Dimensionamento di uno scambiatore di calore – ε/NTU
Dimensionamento di uno scambiatore di calore – ε/NTU
Dal grafico quindi ε sarà:
e = 0.92
Q = e ×Cmin × DTmax
Q = e × C1 × DTmax = 0.92 × 0.392 kW × K -1 × (1100 - 75) K = 369.6 kW
Q = Cw × DTw
DTw =
Q
369.6 kW
=
= 102.6K
-1
Cw 3.603kW × K
Twu = Twi + DTw = 75°C +102.6°C =177.6°C