Università di Roma – Tor Vergata
Facoltà di Ingegneria – Dipartimento di Ingegneria Meccanica
Termotecnica 1
“Dimensionamento di uno
scambiatore di calore – Size Problem.”
Ing. G. Bovesecchi
[email protected]
06-7259-7127 (7249/4657)
Anno Accademico 2011-2012
Dimensionamento di uno scambiatore di calore – Size Problem
Dimensionamento di uno scambiatore di calore – Size Problem
Dimensionamento di uno scambiatore di calore – Size Problem
In uno scambiatore di calore a flussi incrociati (cfr. grafico allegato), dal
lato non miscelato entra aria (cp=1.02 kJ/kgK) con portata di 2.1 kg/s,
mentre dal lato miscelato entra acqua (cp=4.19 kJ/kgK) e portata di 3.3
kg/s.
La temperatura dell’acqua in ingresso allo scambiatore è di 47°C, si
vuole che il salto di temperatura tra ingresso e uscita (per l’acqua) non
superi i 13°C. Valutare il flusso termico scambiato tra i due fluidi se
l’aria in ingresso ha una temperatura di 164°C e quale sarà la temperatura
di uscita dell’aria dallo scambiatore.
Determinare infine la superficie di scambio se la quantità UA viene
espressa mediante la relazione:
UA =
1
1
s
1
+
+
2Ahc Al Ah f
Dove hc=1800W/m2K, hf=57W/m2K, lo spessore delle lastre di acciaio
(λ=15W/mK) è di 1,05mm
Dimensionamento di uno scambiatore di calore – Size Problem
Il flusso termico scambiato tra i due fluidi nello scambiatore può
calcolare dalla:
Q = mw × c pw × DTw
Q = 3.3kg × s-1 × 4.19 kJ × kg-1K -1 ×13K =179.8kW
Q = ma × c pa × DTa
DTa =
Q
179.8kW
=
= 84°C
a
-1
-1 -1
ma × c p 2.1kg × s ×1.02 kJ × kg K
Tau = Tau - DTa = (164 - 84) °C = 80°C
Dimensionamento di uno scambiatore di calore – Size Problem
Calcoliamo ora il coefficiente globale di scambio U
U=
1
s
1
1
+ +
2hc l h f
1
-2 -1
U=
=
55.89W
×
m
K
-3
1
1.05×10 m
1
+
+
2 ×1800W × m -2 K -1 15W × m -1K -1 57W × m -2 K -1
Calcoliamo ora i coefficienti R e P
Twi - Twu 47 - 60
R= u
=
= 0.155
i
Ta - Ta 80 -164
Tau - Tai 80 -164
P= i
=
= 0.718
i
Tw - Ta 47 -164
Dimensionamento di uno scambiatore di calore – Size Problem
Dimensionamento di uno scambiatore di calore – Size Problem
Y = 0.49
Q = Y ×U × A × DTmax
Ft = 0.49
C1
= 0.7
UA
Q = Ft ×U × A × DTml
Q = Y ×U × A × DTmax
A=
Q
179.8kW
2
=
=
56,1m
Y ×U × DTmax 0.49 × 55.89W × m-2 K -1 × (164 - 47) K