Problemas-Intercambiadores de Calor - ICYTAL

UNIVERSIDAD AUSTRAL DE CHILE
INSTITUTO DE CIENCIA Y TECNOLOGIA
DE LOS ALIMENTOS (ICYTAL)
/
ASIGNATURA:
PROFESOR. :
INGENIERIA DE PROCESOS III (ITCL 234)
Elton F. Morales Blancas
UNIDAD 2: INTERCAMBIADORES DE CALOR
Ejemplo 1:
Determine el área de transferencia de calor necesaria en un intercambiador de
calor de flujos en paralelo y un paso de tubos de cobre de 2.54 cm de diámetro
exterior y calibre 18 BWG, si se desean enfriar 1000 kg/h de aceite (cp = 2 J/g K)
desde 80ºC hasta 60ºC. Para lograr el enfriamiento se dispone de 1000 kg/h de
agua (cp = 4.18 J/g K) a 25ºC. Suponga que el coeficiente total de trasferencia de
calor basado en el área exterior de los tubos es igual a 500 W/m2 K.
Solución:
Según los datos del problema,
q = mccpc (Tc1 – Tc2) = (1000/3600)(2 x 103) x (80 – 60)
q = 11111.11 W
Por otra parte, puesto que el calor cedido por el aceite es transferido al agua de
enfriamiento,
mccpc (Tc1 – Tc2) = mfcpf (Tf2 – Tf1)
y
Tf 2 = Tf 1 +
mc c pc
m f c pf
(Tc1 − Tc 2 )
Sustituyendo valores,
T f 2 = 25 +
(1000)(2)
(1000)(4.18)
Tf2 = 34.57ºC
(80 − 60)
Según la Ecuación 8.12
∆T =
(60 − 34.57) − (80 − 25)
= 38.33º C
(60 − 34.57)
ln
(80 − 25)
Por lo tanto, aplicando la ecuación básica
A=
q
U ∆T
=
11111.11
= 0.58 m 2
(500)(38.33)
Ejemplo 2:
Supóngase que en vez de emplear el intercambiador de calor del Ejemplo 1 se
emplea uno de
a. Flujos opuestos
b. Tipo de coraza y tubo con dos pasos de tubos por donde circula el agua.
Si el coeficiente de trasferencia de calor se mantiene en 500 W/m2 K, determine el
área de transferencia de calor necesaria en ambos arreglos.
Solución
a. Si el intercambiador de calor es de flujos opuestos se tiene que,
∆Tlog =
(80 − 34.57) − (60 − 25)
= 40.12º C
(80 − 34.57)
ln
(60 − 25)
Por lo tanto,
A=
q
U ∆Tlog
=
11111.11
= 0.55 m 2
(500)(40.12)
b. El problema puede ahora resolverse determinando el factor de corrección F
apropiado. Según los parámetros de la Figura 8.7 se tiene que:
T1
T2
t1
t2
= 80ºC
= 60ºC
= 25ºC
= 34.57ºC
P=
34.57 − 25
= 0.17
80 − 25
R=
80 − 60
= 2.09
34,57 − 25
Por lo tanto, de la figura citada se obtiene que F = 0.99. Luego se tiene,
A=
q
UF ∆Tlog
=
11111.11
= 0.56 m 2
(500)(40.12)(0.99