Appunti ed Esercizi di Fisica Tecnica e ... - Valentiniweb.com

Cap. 4. I sistemi aperti a regime
G4
Wt
4 3
G3
Figura 10. Scambiatori a superficie: sistema ausiliario (non adiabatico) costituito da uno
soltanto dei due fluidi.
Per uno scambiatore a superficie ci si può aiutare considerando un sottosistema costituito da
uno solo dei due fluidi (vedi Fig.10, in cui si considera solo la parte del fluido freddo) per
ottenere
⎧G3 = G4
= Gb
⎨
(4.20)
⎩Gb( h4− h3)
= Wt
ed in definitiva, per lo scambiatore nel suo complesso
G ( h − h ) = G ( h − h )
(4.21)
a
1 2 b 4 3
ESEMPIO 4.9 - Scambiatore di calore a superficie
In uno scambiatore a superficie scorrono i seguenti fluidi:
• Lato a: prodotti di combustione (ovvero fumi, approssimabili come un gas ideale con
c pa = 1100 J/kg K = cost) a p = 1 bar, portata G a = 0.05 kg/s, temperatura di ingresso
T 1 = 450 °C, temperatura di uscita T 2 = 200 °C;
• Lato b: acqua a p = 2 bar, portata G b = 0.15 kg/s, temperatura di ingresso T 3 = 45 °C;.
Determinare la temperatura di uscita dell’acqua (T 4 ) ed il calore scambiato.
Dal bilancio di energia dello scambiatore a superficie
Ga( h1− h2) = Gb( h4−
h3)
tenuto conto che l’acqua si può considerare un fluido incomprimibile (con c = 4187 J/kg K,
costante) ed il fumo un gas ideale, si ha
Gaca( T1− T2) = Gbcpb( T4−
T3)
da cui (noto che il calore specifico dell’ acqua è c pb = 4187 J/kg K)
Gacpa( T1−
T2) 0.05⋅1100 (450-200)
T4= T3+ = = 67 ° C
Gc
b pb
0.15⋅
4187
per trovare il calore scambiato, si può restringere il bilancio al sistema a regime costituito dal
lato b dello scambiatore, che non è adiabatico (scambia calore con il lato a) ma non ha
comunque superfici in moto per cui il lavoro meccanico è nullo
Wt = Gbcpb( T4− T3) = 0.15⋅ 4187 (67-45) = 13.8 kW
Il bilancio entropico dell’intero scambiatore risulta in
G ( s − s ) + G ( s − s ) = S
≥0
a 2 1 b 4 3 irr
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