Università di Roma – Tor Vergata
Facoltà di Ingegneria – Dipartimento di Ingegneria Industriale
Corso di:
“TERMOTECNICA 1”
DIMENSIONAMENTO DI UNO SCAMBIATORE
DI CALORE – SIZE PROBLEM
Ing. G. Bovesecchi
[email protected]
06-7259-7127 (7249)
Anno Accademico 2012-2013
Size Problem
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 Aλ Ah f
Dove hc=1800W/m2K, hf=57W/m2K, lo spessore delle lastre di acciaio
(λ=15W/mK) è di 1,05mm
Size Problem
Size Problem
Il flusso termico scambiato tra i due fluidi nello scambiatore può
calcolare dalla:
Q = m w ⋅ c wp ⋅ ΔTw
Q = 3.3kg ⋅ s −1 ⋅ 4.19 kJ ⋅ kg −1K −1 ⋅13K = 179.8kW
Q = m a ⋅ c ap ⋅ ΔTa
Q
179.8 kW
ΔTa =
=
= 84°C
a
−1
−1 −1
m a ⋅ c p 2.1kg ⋅ s ⋅1.02 kJ ⋅ kg K
Tau = Tau − ΔTa = (164 − 84 ) °C = 80°C
Size Problem
Calcoliamo ora il coefficiente globale di scambio U
1
U=
s 1
1
+ +
2hc λ 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
=
= 0.155
R= u
i
Ta − Ta 80 − 164
Tau − Tai 80 − 164
P= i
=
= 0.718
i
Tw − Ta 47 − 164
Size Problem
Size Problem
Ψ = 0.49
Q = Ψ ⋅U ⋅ A ⋅ ΔTmax
Ft = 0.94
C1
= 0.7
UA
Q = Ft ⋅U ⋅ A ⋅ ΔTml
Q = Ψ ⋅U ⋅ A ⋅ ΔTmax
Q
179.8 kW
2
A=
=
=
56,1m
Ψ ⋅U ⋅ ΔTmax 0.49 ⋅ 55.89W ⋅ m −2 K −1 ⋅ (164 − 47 ) K