Intercambiadores de Calor - Transferencia

1. (10.7) En un cambiador cambiador de tubo con aletas aletas de flujo cruzado, cruzado, se se emplean emplean gases calientes de escape para calentar 2,5 kgs de agua desde !5 "# $asta %5 "#. &os gases (cp ' 1.0 kkg."#) entran a 200 "# * salen a !"#. El coeficiente global de transferencia de calor es 1%0 +m 2. "#. #alclese el -rea del cambiador de calor utilizando (a) la aproimaci/n de & * (b) el m3todo del 46rendimiento.

89: m´ w=2.5

U =180

 kg s

W  2

m . ° C 

98&#;84:

a) -

El calor total transferido se puede obtener aplicando el balance de energía al vapor de agua: q =m´ w∗ c p∗∆ T w

-

……….. (1)

Calculo de cp del agua a temperatura promedio

T  p =

35

+ 85 2

=60 ° C  , de

tabla A.9: c p= 4179 J / kg.°C 

6

Reemplazando valores en (1):

ING. EDIBERTO CHURA M.

q =2.5∗4179∗( 85−35 ) q =522.34 kW 

-

El valor de

∆ T m

 se calcula como si el cambiador fuese de doble tubería a

contracorriente, teniendo en consideracin el siguiente gr!fico:

200

85

93

35

∆ T m=

-

( 200− 85 )−( 93−35 ) =83.3 ° C  ( 200−85 ) ln ( 93−35 )

(

)

A"ora, de la #igura $%.$$, t$, & t', representar!n el fluido sin mezclar (el  Agua), & *$, & *', representar!n el fluido mezclado (los gases +uemados), de modo +ue: t$  /C

t'  0/C

*$  '%%/C

*'  9/C

ING. EDIBERTO CHURA M.

-

 P=

 R=

-

Calculamos las constantes 1 & R:  t 2−t 1 T 1 −t 1

=

T 1−T 2 t 2−t 1

85− 35 200−35

=

= 0.303

200− 93 85− 35

=2.14

2e la figura $%.$$ se encuentra +ue: #  %.9'

ING. EDIBERTO CHURA M.

-

3 se puede obtener el !rea de la Ec. ($%.$):

q =U ∗ A∗ F ∗∆ T m

3

q ∗  A = =   522.34 10 U ∗ F ∗∆ T m 180∗0.92∗83.3

2

Rpta.

b)

6

A =38 m

C!lculo de flu4os de capacidades t5rmicas

m ´ g . cg

 &

m ´ w . cw

 de los gases

& el agua respectivamente: q =m ´ g . c g . ∆ T g=m´ w . c w . ∆ T w

´ g . c g (200 −93 )=( 2.5)( 4179 )( 85−35 ) m

´ g . c g= 4882 ( C min ) m

m ´ w . c w = ( 2.5 ) ( 4179 )=10447.5 (C max )

-

2e manera general, "acemos el c!lculo del rendimiento:

∆ T ( fluido minimo ) ε=  !xima dif"#"ncia d" t"mp"#atu#as "n "l cam$iado#

ε=

( 200− 93 ) = 0.65 ( 200−35)

ING. EDIBERTO CHURA M.

-

Calculo de Cmin6Cmin para poder obtener el 78mero de nidades de *ransferencia (A6Cmin):

C min C max

-

=

  4882 10447.5

=0.467

2e donde: A6Cmin  $. ; entonces calculamos el !rea:

ING. EDIBERTO CHURA M.

 A =

1.4∗C min

U 

=

( 1.4 ) ( 4882 ) 180

2

 A =37.97 m

Rpta.

2. (10.20) 9e diseapor a %! k@a, con agua de refrigeraci/n a 10"#. &a temperatura de salida del agua no debe pasar de 57 "#. El coeficiente global de transferencia de calor es !.A00 +m 2."#. #alclese el -rea necesaria para un cambiador de calor de doble tuberBa.  sat ' 5,?"#, $fg ' 2,27 C 10 ? kg.

98&#;84: -

El valor de

∆ T m

 se calcula considerando el siguiente gr!fico:

ING. EDIBERTO CHURA M.

∆ T m=

-

( 95.6 −10 )−( 95.6 −57 ) =59 ° C   ( 95.6 −10 ) ln (95.6− 57)

(

)

Calculo de flu4o de calor:

q =% fg∗m ´ =( 2.27∗10 J / k g ) 6

(

0.76 60

kg / s

)

q =28.75 kW 

-

#inalmente calculamos el !rea:

 A =

q U .∆ T m

 A =

 28.75∗10

3

( 3400)( 59 )

 A = 0.14 m

2

Rpta.

ING. EDIBERTO CHURA M.

!. (10.2%) En un cambiador de calor de carcasa * tubos =ue tiene un paso de carcasa * dos pasos de tubo, se utiliza un flujo m-sico de 5 kgmin de aceite caliente a 120"# para calentar 55 kgmin de agua =ue entra a !0 "#. El -rea del cambiador es 1A m 2. #alclese la transferencia de calor * la temperatura de salida de ambos fluidos si el coeficiente global de transferencia de calor es 250 +m 2."#.

98&#;84:

#-lculo de temperaturas de salida de ambos fluidos: 6

1ropiedades del aceite a $'%/C:

c p=1920 J / k g . ° C  

6

1ropiedades de agua a %/C: c p= 4180 J / kg.°C  ING. EDIBERTO CHURA M.

6

C!lculo de flu4os de capacidades t5rmicas:

C o=

 ´mo∗c p

o

60

C w =

 ´mw∗c p

=

w

60

( 95)( 1920 )

=

60

=3040

( 5 5 )( 418 0 ) 60

=3832

Entonces:

-

C min=304 0

-

C max =3832

Calculo de Cmin6Cmin & calculo de 78mero de nidades de *ransferencia (A6Cmin) para poder obtener la eficiencia de la figura $%.$':

C min C max

= 3040 =0.793 3832

 &TU =

UA ( 250 )( 14 ) = C min 3040

 &TU =1.151

ING. EDIBERTO CHURA M.

ε=

Entonces la eficiencia es ,en t5rminos generales: ∆T o 120 −30

=0.5

∆ T o= 45 ° C 

-

1or consiguiente la temperatura de salida del aceite es: T o " =( 120− 45 ) ° C  T o"=75 ° C 

Rpta.

ING. EDIBERTO CHURA M.

#-lculo de flujo de calor: q =C o∗ ∆T o= (3040 ) ( 45 ) q =136.8 kW 

Rpta. #-lculo de temperatura de salida del agua: ∆ T w = 45

( )= 3040 3832

35.70 ° C 

T w "=30 + 35.7 0 °C  T w"=65.7 ° C 

Rpta.

ING. EDIBERTO CHURA M.