Scambio di calore irraggiamento conduzione convezione evaporazione

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Scambio di calore irraggiamento conduzione convezione evaporazione

SCAMBIO DI CALORE

IRRAGGIAMENTO

1) Una parete di Alluminio anodizzato (avente A=10m2) si trova alla temperatura di 70°C. Calcolare l’Energia irradiata per unità di tempo

2) Per la superficie solare la lmax di emissione è 0,5 mm. Determinare la temperatura della superficie solare

3) Un ferro da stiro ha una piastra riscaldante con A=240cm2 e regolata alla T=200°C. Considerando per l’aria esterna T=18°C e per l’acciaio della piastra e =0,4 calcolare l’Energia totale irradiata e l’Energia scambiata con l’ambiente.

4) Un tubo cilindrico (d=1,2 m ; l=6m ; e=0,35) trasporta acqua a T=60°C. Se l’aria esterna si trova a 15°C, calcolare l’Energia scambiata

CONDUZIONE

1) Una parete di mattoni (A=10m2 , s=30cm) separa due fluidi aventi tra loro un DT=35°C. Calcolare il calore scambiato per conduzione.

2) Una parete (80cm x 60cm) è composta da: acciaio (10mm), lana di roccia (2cm) ed ancora acciaio (10mm). Sapendo che tra le due pareti esiste un DT=40°C, calcolare il calore scambiato.

3) Un tubo di acciaio ¾” BWG10 di lunghezza 4m trasporta vapore a 170°C. L’aria esterna si trova a T=45°C. Calcolare il calore scambiato per conduzione e quello scambiato per irraggiamento

CONVEZIONE

1) Una parete metallica (4m x 3m x 30cm) separa due ambienti tra cui vi è una DT= 25°C. sapendo che hi=6 kcal/h m2 °C, he=18 kcal/h m2 °C, calcolare il calore disperso per convezione.

2) Una tubazione in acciaio (lunghezza 50m, diametro interno 3cm, spessore 4mm) trasporta toluene ad una portata di 780kg/h ed alla temperatura di 65°C. L’aria esterna si trova a T=4°C. Calcolare il calore scambiato per convezione.

3) Un serbatoio cilindrico di stoccaggio posto in orizzontale (lunghezza 10m, diametro interno 90cm, spessore 4mm) contiene acqua alla T=50°C; si consideri per l’aria esterna una T=2°C. Calcolare il calore scambiato per convezione.

SCAMBIATORI DI CALORE A FASCIO TUBIERO

1) Si vogliono raffreddare 13500 kg/h di olio lubrificante a 20°API da 220 a 160°C mediante scambio di calore in controcorrente con un distillato di petrolio a 40°API (avente portata 36000 kg/h) che entra a 149°C ed esce a 173°C. Per entrambe le correnti si assuma un Rd= 0,000615 h m2 °C/kcal. Si utilizza uno scambiatore a fascio tubero tipo 1:1 avente Dis=49cm e contenente 196 tubi di acciaio ¾”BWG16 disposti a quadrato con passo di 1”. I diaframmi sono distanziati di 5”. Calcolare la lunghezza richiesta dei tubi

2) Uno scambiatore a fascio tubiero è costituito da 130 tubi, in acciaio, di diametro interno 2,7 cm, spessore di 3 mm e lunghezza di 5.2 m. Se si alimenta nel lato tubi con un liquido di calore specifico medio 0.90 kcal/kg°C che entra alla temperatura di 55°C ed esce alla temperatura di 37 °C e nel lato mantello con acqua di rete a 14°C che esce dallo scambiatore a 27°C, quali portate di acqua e di liquido sarà possibile trattare in equicorrente ed in controcorrente? Si ipotizzi che: h1=900 kcal/m2h°C; h2=800 kcal/m2h°C.

3) Si devono raffreddare mediante uno scambiatore a fascio tubiero 9000 kg/h di un liquido di calore specifico medio 0.90 kcal/kg°C dalla temperatura di 50°C alla temperatura di 35 °C. Come mezzo refrigerante si usa acqua di rete a 14°C che esce dallo scambiatore a 28°C. Si determini il numero di tubi necessari e la portata di acqua richiesta lavorando in controcorrente, sapendo che:
h1=1200 kcal/m2h°C; h2 = 800 kcal/m2h°C;
I tubi, in acciaio, hanno diametro interno di 2,5 cm, spessore di 3 mm e lunghezza di 5.2 m

4) (Verifica di uno scambiatore)
19500 kg/h di un distillato a 35°API devono essere raffreddati da 121 a 65°C mediante acqua di fiume che entra a 29°C ed esce a 49°C. Si ha disponibile uno scambiatore a fascio tubero tipo 1:1 avente Dis=49cm e contenente 204 tubi di acciaio ¾”BWG16 di lunghezza 4,85m disposti a quadrato con passo di 1”. I diaframmi sono distanziati di 5”.
Verificare l’utilizzabilità di questo scambiatore sapendo che le perdite di carico ammesse sono di 0,7 ata per entrambi i lati.

VARI

1) Un serbatoio rettangolare di acciaio (6m x 4m x 1m) contiene acqua alla T=60°C, mentre la temperatura dell’aria esterna è di 10°C. Calcolare il calore totale ceduto dal serbatoio.

2) Un termosifone (alto 60cm, e si prenda come emissività e=0,45) è alimentato con 20 l/sec di acqua a 80°C. Si consideri per la parete una T=75°C e per l’aria circostante una T=20°C. Si consideri inoltre una superficie convettiva totale di 3m2 ed una superficie radiativa di 2m2. Calcolare il calore totale ceduto dal termosifone.
Si può calcolare la temperatura dell’acqua in uscita dal termosifone?

EVAPORAZIONE

1) Si vogliono concentrare 3500 kg/h una soluzione acquosa di un colloide organico dal 3% al 15% in peso mediante un evaporatore a duplice effetto in equicorrente. L'alimentazione è preriscaldata a 50°C e si dispone di vapore di rete a 2.5ata. Il vapore in uscita dall'ultimo effetto è mandato ad un condensatore barometrico alla pressione di 0.2 ata funzionante con acqua a 15°C; la miscela esce poi a 30°C. Valutare la portata di vapore di rete richiesta, le superfici degli evaporatori e la portata d'acqua al condensatore sapendo che U1=2000 kcal/m2h°C e U2=800 kcal/m2h°C. Nei calcoli si trascurino gli innalzamenti ebullioscopici, si consideri unitario il calore specifico e si assuma che i vapori scambino solo i calori latenti di condensazione. Si ipotizzi inoltre che le pressioni di esercizio dei due evaporatori siano 0,8 e 0,4 ata. Si ipotizzi di lavorare in regime di equipartizione dei vapori.

2) 500 kg/h di una soluzione di un composto organico, avente concentrazione iniziale del 8%, sono concentrati in un duplice effetto funzionante in equicorrente fino alla concentrazione finale del 30%. Le condizioni sperimentali sono: nel primo evaporatore si opera a pressione atmosferica, la soluzione entra alla sua Teb (100°C) e raggiunge una concentrazione del 12,4%, Ud=1200 kcal/h m2 °C; nel secondo evaporatore la pressione di esercizio è 0,2 ata, Ud=800 kcal/h m2 °C; si utilizza come fluido riscaldante vapore di rete a 2 ata con portata di 183 kg/h. I vapori uscenti dal secondo evaporatore sono inviati ad un condensatore barometrico alimentato con acqua a 22°C, in cui la condensa viene scaricata a 35°C.
Calcolare le portate orarie delle soluzioni e dei vapori, il consumo di acqua al condensatore e le superfici di scambio dei due evaporatori.

3) Per concentrare 1500 kg/h di una soluzione di un soluto organico al 8% fino alla concentrazione finale del 24% si utilizza un duplice effetto in controcorrente. Il primo effetto lavora a pressione atmosferica e si realizza un Ud=1200 kcal/h m2 °C ; il secondo effetto lavora a 2,5 ata e si realizza un Ud=850 kcal/h m2 °C; si dispone di vapore di rete a 3 ata con una portata di 586 kg/h; il vapore V2 uscente dal secondo effetto è utilizzato per preriscaldare l’alimentazione da 18°c fino a 65°C, temperatura alla quale entra nel primo effetto; nel pre-riscaldatore si realizza un Ud=600 kcal/h m2 °C. Tale vapore è poi inviato ad un condensatore barometrico alimentato con acqua a 22°C, da dove poi la condensa viene scaricata a 33°C. Calcolare le portate orarie delle soluzioni, il consumo di acqua al condensatore e le superfici di scambio dei due effetti e del pre-riscaldatore.

IGROMETRIA / ESSICCAMENTO

1) A T=20°C l’aria ha una pressione di vapore di 18 mmHg. Calcolare Ua, Us e Ur

2) Calcolare l’entalpia dell’aria umida Hau per l’aria avente Ur = 60% e T=60°C

3) L’aria ha T=27°C ed Ur = 50%. Calcolare Ua, Tr, Tsa e Cp.

4) 1000 kg/h di aria a 30°C ed Ur=50% sono portati a 20°C ed Ur=90%. Calcolare la quantità di acqua asportata.

5) 300 kg/h di un solido con umidità iniziale del 20% sono essiccati in un essiccatore monostadio fino ad una umidità residua finale del 4%. L’aria utilizzata per l’essiccamento (disponibile a 15°C ed Ur= 70%) viene pre-riscaldata fino a 70°C e quindi inviata all’essiccatore, dal quale poi esce con una Ur=80%. Nel pre-riscaldatore si utilizza vapore di rete a 2 ata e si realizza un Ud=250 kcal/h m2 °C. Calcolare la portata di solido in uscita, la quantità di acqua da evaporare, la portata di aria necessaria, la temperatura dell’aria in uscita dall’essiccatore, il calore necessario al preriscaldamento dell’aria e la superficie di scambio del pre-riscaldatore.

6) 500 kg/h di un solido umido al 30% sono essiccati in un essiccatore ad armadio a tre stadi fino ad una umidità finale del 10%. L’aria in ingresso presenta T=20°C ed Ur=70%, mentre in uscita presenta T=40°C ed Ur=90%. Nell’ipotesi che in ogni stadio si asporti sempre la stessa quantità di acqua e che l’aria in uscita da ogni stadio abbia sempre Ur=90% calcolare: portata del solido in uscita, la quantità di acqua da asportare, la portata di aria necessaria, il calore di preriscaldamento per ogni stadio.

COMPRESSIONE

1) Determinare la temperatura di ebollizione dell’acqua a 5 ata, 10 ata e 15 ata.

2) Determinare Entalpia ed Entropia di un vapore a 200°C e 10 ata.

3) Determinare H e S di un vapore a 50 ata con un titolo di 0,9.

4) 100 kg di vapore saturo a 1 ata devono essere compressi fino a 10 ata. Calcolare il lavoro svolto dal compressore.

5) Calcolare la variazione di entalpia nell’espansione adiabatica di un vapore saturo secco da 10 ata a 0,1 ata.

6) Un vapore a 2 ata e titolo 0,8 viene compresso in maniera adiabatica fino alla pressione di 20 ata; successivamente il vapore subisce un’espansione isoterma fino a vapore saturo secco. Calcolare T e P finali del vapore

7) Si lascia espandere adiabaticamente un vapore surriscaldato (a T=230°C e P=20ata) fino alla pressione atmosferica. Calcolare il DH dell’espansione e lo stato fisico del vapore al termine della trasformazione.

8) 500kg di vapore si trovano a P=2ata e T=150°C. Tale vapore, prima di essere utilizzato, viene desurriscaldato a pressione costante usando acqua a 40°C. In tal modo l’acqua evapora e si mescola al vapore che diviene saturo secco. Determinare la portata d’acqua al desurriscaldatore e la quantità totale di vapore inviata all’utilizzo

Fonte: http://www.itistulliobuzzi.it/buzziwebsite/studenti/TecnologieChimiche/Esercizi_classe_quarta.doc

Sito web da visitare: http://www.itistulliobuzzi.it/

Autore del testo: A.Franchi

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