Newsgroup: it.discussioni.ingegneria
Titolo: Che assunzioni fareste (compito esame stato) ...

Salve a tutti,
mi sto preparando per l'esame di stato in ing. meccanica.
Stavo guardando un compito degli anni passati e si dice:
"Un impianto di cogenerazione con motore Diesel fornisce il calore necessario per un circuito di 
riscaldamento con mandata dell'acqua a 90°C e temperatura di ritorno a 60°C.
In condizioni di regime il motore rende disponibili:
- 2,7 t/h di olio lubrificante alla temperatura di 85°C;
- 6,7 t/h di acqua di raffreddamento alla T di 85°C;
- 1,2 t/h di gas di scarico alla T=400°C.
Giustificando le assunzioni necessarie, determinare:
a) superfici richieste per lo scambio termico;
b) dimensioni di massima della pompa di impianto di riscaldamento;
c) sistemazione costruttiva  di uno degli scambiatori a scelta o calcolo strutturale dell'albero 
della pompa
etc, etc..."
Ora, visto che mi manca il calore specifico dei gas di scarico, io ho assunto che il Diesel abbia 
formula chimica C15H30 e che ci sia un eccesso d'aria del 15%. In questo modo so calcolarmi il 
calore specifico mentre quello delle altre due sostanze lo trovo sul manuale dell'ingegnere ed alla 
fine ho quanta energia è disponibile dal motore. Però non saprei fare assunzioni sulle 
caratteristiche dell'impianto di riscaldamento... cosa pongo? La potenza termica prelevata? Che 
ordine di grandezza metto? Io ho provato 15 MWatt ma non so se è realistico. Una volta saputo questo 
posso rispondere alle domande successive A e B. Ma al punto C secondo voi cosa si intende per 
sistemazione costruttiva? Controcorrente...  o cosa?
Ciao e grazie a chi vorrà darmi una mano.
Alex.


Il calore specifico dei gas di scarico è poco diverso da quello
dell'aria: 1,1 o 1,2 kJ/(kg*°C) è un valore che per questi conti va
bene, senza perdersi in inutili calcoli.
Per l'impianto ti consiglierei di partire dai diagrammi di scambio
termico sui tre scambiatori, e ricavare tramite i bilanci energetici
quanta potenza è possibile estrarre dal motore in oggetto. Attenzione
perché non conosci né la portata dell'acqua da riscaldare, né le
temperature di uscita dei fluidi caldi dagli scambiatori. Prova a
ipotizzare una configurazione d'impianto e qualche temperatura, stando
attento a non scaldare troppo l'acqua fredda col fluido più caldo,
altrimenti potresti (non è detto, dipende dalle portate) non sapere
che farne degli altri due :P
Immagina scambiatori in controcorrente, con pinch point non minori di
5°C
Come valori indicativi, il delta T sull'acqua di raffreddamento di un
motore è circa 10°C, sull'olio 20/30 °C. Non è detto che questi
valori siano compatibili con le condizioni in esame...ma possono
servire per sapere se più o meno gli scambi sono realistici.
L'ultima domanda si riferisce al tipo di scambiatore (tubo in tubo,
fascio tubiero, compatto, ecc). Una volta nota la potenza termica da
scambiare in ognuno, si sceglie il tipo adatto e il dimensionamento si
fa da manuale.

 
Comunque, alla fine ho ipotizzato che il diesel paraffina avesse formula chimica C(n)H(2n+2) [tra 
parentesi i pedici] con n = 13 e eccesso d'aria pari al 15%. Ho trovato che il calore specifico dei 
fumi è 2,4 kJ/kg°C.
Per i pinhcpoint ho ipotizzato 7°C sia per acqua che olio e la mia acqua da riscaldare (ho 
ipotizzato circa 2 litri/sec) si riscaldi da 60° a 62° con lo scambiatore ad olio, poi da 62° a 69,7 
con l'acqua e poi fino a 90° co i gas di scarico i quali passano da 400° a 192° (maggiore di 
temperatura rugiada acida)
Volevo calcolare la superficie degli scambiatori ma mi servono i coefficienti di scambio termico 
convettivo che sul manuale dell'ing. non ho trovato. Dove li posso trovare per tubazioni standard e 
magari per situazioni in cui si sia formato un po' di calcare?
Grazie molte,
Alex

 magari per situazioni in cui si sia formato un po' di calcare?
E qui viene il bello. Sui manuali ci sono valori di massima,
indicativi. Il calcolo preciso andrebbe fatto considerando le
resistenze termiche in serie: convezione dei due fluidi, conduzione
nella parete, resistenze di fouling (sporcamento). Dopo un calcolo
biblico (le resistenze sono funzioni di molti termini, spesso legati
empiricamente tra loro - tutte le relazioni sono sui manuali), puoi
arrivare al coefficiente globale di scambio e determinare la superficie
di scambio.
Ciao