Calcolare il coefficiente di trasporto di calore convettivo se l’aria, a 90°C, circola attraverso un letto fluido di piselli, il cui diametro è pari a 5 mm e la cui temperatura è pari a 30°C. La velocità dell’aria attraverso il letto è pari a 0.3 m/s.

Poiché l’aria fluisce intorno a solidi di forma sferica completamente immersi, il numero di Nusselt si può esprimere come: Valutare le proprietà dell’aria alla temperatura T m :

100 kg/h di passata di pomodoro (c p =3560 J/kg K) sono portati da 93 a 32°C in uno scambiatore di calore in controcorrente con acqua, che si porta da 21 a 27°C. Il coefficiente di scambio globale basato sull’area interna U i è pari a 855 W/m 2 K. Calcolare la superficie di scambio richiesta.

100 kg/h 93°C 32°C 21°C 27°C

Devono essere lavorati 190 l/min di una crema,  =1040 kg/m 3 e c p = 3684 J/kg K. La crema deve essere sterilizzata e raffreddata. A a tale scopo si utilizza uno scambiatore di calore modulare, costituito da più unità. Calcolare il numero di unità richieste per riscaldare la crema da 39 a 132°C. Ogni unità ha una superficie di scambio interna pari a 0.97 m 2. Come fluido caldo si utilizza vapore condensante a 143°C. Esperienze precedenti condotte con le stesse apparecchiature e lo stesso prodotto hanno dimostrato che il coefficiente di scambio globale, basato sulla superficie interna, U i è pari a 1700 W/m 2 K. Calcolare, inoltre, il numero di unità ( S=0.92 m 2 per unità )richieste per raffreddare la crema sterilizzata da 132 a 32°C. Come fluido refrigerante si usa freon a -7°C. Per queste condizioni Ui=855 W/m 2 K.

190 l/min 39°C 132°C 143°C

132°C32°C -7°C

In un impianto di deodorazione olio vegetale grezzo è preriscaldato in uno scambiatore di calore in controcorrente con acqua calda. L’acqua entra a 100°C ed esce a 45°C; la sua portata è pari a 2000 l/h. La portata dell’olio è pari a 4000 kg/h ed entra a 20°C. Il calore specifico dell’olio è 2094 J/Kg°C, mentre quello dell’acqua è 4187 J/Kg°C. Qual è la temperatura dell’olio in uscita?

2000 l/h 100°C 45°C 4000 kg/h 20°C T out =?

In un impianto per la produzione di succhi di frutta della purea (c p = 3970 J/kg°C) alimentata con una portata di 1000 kg/h viene raffreddata in uno scambiatore a piastre adoperando acqua di rete. La purea entra a 80 °C ed esce a 35 °C mentre l’acqua entra a 15 °C ed esce a 30°C. Ad un certo punto la valvola di mandata dall’acqua subisce un inconveniente per cui l’alimentazione dell’acqua di raffreddamento si riduce del 25 %. Calcolare la temperatura di uscita della purea nelle nuove condizioni operative.

1000 kg/h 80°C 35°C 15°C 30°C

Uno scambiatore di piccole dimensioni, S i =0.11 m 2,viene utilizzato per fare uno studio di fattibilità della cottura di un prodotto in un sistema continuo. Il prodotto è inviato allo scambiatore ad una portata di 168 kg/h ed è riscaldato da 25 a 72°C. All’esterno è inviato vapore a 110°C; c p =3700 J/kg K. Calcolare il coefficiente di scambio globale basato sulla superficie esterna U 0. Se si utilizza uno scambiatore di maggiore dimensione ( S i = 0.75 m 2 ) con lo stesso U 0, il prodotto è portato da 25 a 72°C, come fluido caldo si usa vapore condensante a 120°C ; calcolare la portata che si può trattare.

168 kg/h 25°C 72°C 110°C

168 kg/h 25°C 72°C 120°C

In uno studio sperimentale per determinare i coefficienti di scambio termico, una soluzione di zucchero è pompata all’interno di uno scambiatore tubolare in acciaio inox. Il tubo è lungo 7m, il diametro esterno e lo spessore sono pari a 1” e 0.049”, rispettivamente. La temperatura della parete esterna è pari a 100 °C, la conduttività termica dell’acciaio è pari a kcal/m s °C. In due successive esperienze si ottengono i seguenti dati: portata (kg/h) T IN (°C) T OUT (°C) Calcolare il coefficiente di scambio di calore all’interno del tubo nei due casi.

hihi h0h0 K

50°C 100°C 21°C

Completare l’esercizio per le altre condizioni sperimentali