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Cap. 11. Scambiatori di calore
La massima potenza termica scambiabile è quella realizzabile in uno scambiatore in cui il
fluido di minore portata termica subisce il massimo salto di temperatura possibile senza
violare il secondo principio della termodinamica, e questo si verifica quando esso esce dallo
scambiatore ad una temperatura pari a quella di ingresso del secondo fluido. In altre parole
( T T )
W
t, max
= Cmin
c,
e
−
f , e
Tale potenza sarebbe ottenibile con uno scambiatore di calore in controcorrente con una
superficie di scambio infinita; in questo scambiatore la temperatura di uscita del fluido freddo
uguaglia quella di ingresso del fluido caldo quando C
c
> C
f
, mentre la temperatura di uscita
del fluido caldo uguaglia la temperatura di ingresso del fluido freddo quando C
c
< C
f
; in
definitiva si ha:
W
( T − T )
t ,max
= C
f c,e f ,e
( C
c
> C
f
( T T )
W
t, max
Cc
c,
e
−
f , e
se )
= ( se C
c
< C
f
)
Le due relazioni precedenti possono essere riassunte nell’unica relazione esposta in
precedenza.
Se si conoscono l’efficienza e le temperature di ingresso dello scambiatore allora la potenza
termica scambiata può essere calcolata mediante la seguente equazione di scambio:
( T −T
)
W
t
= ε Cmin
c,
e f , e
Per una data tipologia di scambiatori di calore si può dimostrare che l’efficienza è esprimibile
in funzione di due parametri adimensionali:
ε =
( NUT C)
f ,
dove NUT è chiamato numero di unità di trasmissione del calore, definito come:
NUT ≡
u A
C
min
1
=
R C
t
mentre C è il rapporto tra le portate termiche dei due fluidi:
C
C =
C
min
max
min
L’efficienza di uno scambiatore di calore può essere ricavata da appositi diagrammi (vedi
figure dalla 10 alla 15) in funzione dei due parametri suddetti.
Il metodo ε-NUT può essere applicato indifferentemente sia per calcoli di progetto che
di verifica senza richiedere procedimenti iterativi: nel primo caso, nota ε, si ricava NUT, da
cui si ottiene la superficie di scambio; nel secondo, noto NUT, si ricava ε, da cui si determina
la potenza scambiata.
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