Dimensionamento Scambiatori di Calore in Controcorrente

Premessa

Gli scambiatori di calore sono dispositivi fondamentali per trasferire energia termica tra due fluidi a temperature diverse senza che questi vengano a contatto diretto. Nello scambiatore in controcorrente, i due fluidi scorrono in direzioni parallele ma opposte, massimizzando l'efficienza dello scambio termico.

Questo strumento calcola la superficie di scambio termico (A) necessaria e le portate indicative dei fluidi (assumendo acqua), basandosi sulla potenza termica da scambiare (Q), sul coefficiente globale di scambio termico (U) e sulle temperature di ingresso/uscita.

Formule di calcolo

La superficie di scambio ($A$) è calcolata con:

$$A = \frac{Q}{U \cdot \Delta T_{lm}}$$

$A$: Superficie di scambio termico [m²]

$Q$: Potenza termica da scambiare [W]

$U$: Coefficiente globale di scambio termico [W/(m²K)]

$\Delta T_{lm}$: Delta T medio logaritmico [°C]

Le portate in massa sono calcolate da $Q = m \cdot c_p \cdot \Delta T$, poi convertite in volumetriche:

$$V_{prim} = \frac{Q}{\rho \cdot c_p \cdot (T_{hi} - T_{ho})} \qquad V_{sec} = \frac{Q}{\rho \cdot c_p \cdot (T_{co} - T_{ci})}$$

Assumendo Acqua: $c_p \approx 4.186$ kJ/(kg·K); $\rho \approx 1$ kg/l

Per uno scambiatore in controcorrente, $\Delta T_{lm}$ è:

$$\Delta T_{lm} = \frac{\Delta T_1 - \Delta T_2}{\ln\left(\frac{\Delta T_1}{\Delta T_2}\right)}$$

$\Delta T_1$ = $T_{hi} - T_{co}$ (differenza terminale lato caldo) [°C]

$\Delta T_2$ = $T_{ho} - T_{ci}$ (differenza terminale lato freddo) [°C]

Nota: Se $\Delta T_1 \approx \Delta T_2$, allora $\Delta T_{lm} \approx \Delta T_1$.

Schema scambiatore controcorrente

Dati di Input

kW
°C
°C
°C
°C
W/m²·K

Risultati del Calcolo

°C
°C
°C
l/h
l/h
m²
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