Diseño De Intercambiador De Calor

Universidad tecnológica de Panamá

Facultad de Ingeniería Mecánica

Proyecto de Transferencia de Calor
“Intercambiador de Calor”

Realizado por:

David O. Sánchez 8-808-354

Profesora:
Mirtha Moore

Grupo 1IM - 241

Fecha de Entrega:
Miércoles 7 de Julio de 2010

INDICE

Intercambiador de Calor

Enfriador de Aceite de Transmisión Automática para camiones de Carga pesada.Fluidos Implicados:

* Fluido Primario: Aceite
* Fluido Secundario: Agua

Material de los tubos del intercambiador: Cobre

Temperaturas y data propuesta:

* Volumen de aceite a enfriar: 10Litros
* Tiempo propuesto: 60s = 1min

* Agua
* Temperatura inicial: 95°C = 203°F
* Temperatura Final: 104°C = 219°F
* Flujo volumétrico necesario (Ṽ): desconocido;máximo disponible:700L/min (flujo de agua en la tubería del sistema de refrigeración del motor)

* Aceite:
* Temperatura Inicial: 125°C = 257°
* Temperatura Final: 115°C = 239°F
* Flujo volumétrico (Ṽ):10L/min



Datos levantados:

Datos obtenidos para el Agua a temperatura media:

Temperatura media: Tm= 211°F

* Densidad(ρ): 59.8623lbm/ft3
* Calor especifico(Cp):1.007Btu/lbm°R
* Conductividad térmica (K):0.392Btu/h.ft.°R
* Viscosidad dinámica (μ): 1.9055E-4 lbm/ft.s
* Prandtl(Pr):1.76

Datos obtenidos para el Aceite a temperatura media:

Temperatura media: Tm= 248°F

* Densidad(ρ): 51.7488lbm/ft3
* Calor especifico(Cp): 0.551132Btu/lbm°R
* Conductividad térmica (K):0.0778824Btu/h.ft.°R
* Viscosidad dinámica:(μ):7.03624E-3lbm/ft.s
* Prandtl(Pr):178.944

Cálculos y Aseveraciones

* Calor transferido y flujo del Agua:

Qaceite = -Qagua = ṁagua Cpagua (ΔT)agua = ṁaceite Cpaceite (ΔT)aceite (1)
ṁaceite=ρaceite Ṽaceite

* Donde:

Ṽaceite = 10L/min
Ṽaceite = (10L/min) x ((1m3/s)/(60000L/min)) x ((35.3315ft3/s)/1m3/s) x (3600s/1h)
Ṽaceite =21.189ft3/h

* Ahora:

ṁaceite =(51.7788lbm/ft3) x (21.189ft3/h) = 1096.5053lbm/h

* Por lo que despejando (1) obtenemos:

ṁagua= (ṁaceite Cpaceite (ΔT)aceite )/( ṁagua Cpagua (ΔT)agua)

ṁagua= 1096.5053lbmh0.551132Btulbm°R(18°R)1.007Btulbm°R(16°R) = 675.1331lbm/h

* Por lo que el Ṽagua necesario es:

Ṽagua= ṁagua/ρagua =11.2781 ft3/h = 3.1328E-3ft3/s = 5.32262L/min

* Con el ṁagua, podemos encontrar el calortransferido usando (1)

Qagua = ṁagua Cpagua (ΔT)agua = (675.1322lbm/h)(1.007Btu/lbm°R)(16°R)
Qagua = -10877.74486Btu/h = Qaceite

* Diámetros y espesores (aceite dentro):

Velocidad recomendada (Vrec): 2m/s a 4m/s » = 3m/s
Ṽagua=10L/min = (A)(Vrec)
A=(10L/min)(1m3/1000L)(1min/60s)3m/s = (1/18000)m2 x (100cm/1m)2=0.5556cm2
A=πD2/4
D=0.84107cm = 0.33112plg

* De los diámetros detuberías comerciales disponibles tenemos:

D=3/8plg = 0.03125ft
* Con espesor (t) de 1mm (ver Tabla N°1)
t = 1mm = 0.0393700plg

* Diámetro exterior:

Dexterior= Dinterior + t = (3/8plg) + (0.0393700plg) = 0.4143700plg
Dexterior = 0.0345308ft

* Velocidad real:
V= Ṽ/A = (10L/min)(1m3s)/ (60000L/min) π x 38plg2.54cm1plg1m100cm24 = 2.3389m/s = 7.6734ft/s

* Reynoldspara el Agua y el Aceite:

Reaceite= ρVDinterior /μ = (51.7488lbm/ft^3)(7.673463ft/s)(0.03125ft) 7.03624E^-3 lbm/ft.s = 1763.603955
* Por lo que es un flujo laminar.

* Longitud de entrada para el aceite:
Lt = 0.05 Re Pr = 0.05(1763.6039)(178.944) = 15 779.31ft
* Está en la región de entrada

Nuaceite = 3.66+ (0.0688(Dinterior/L)(RePr)1+0.04((Dinterior/L)(Re Pr ))^(2/3)(2A)

2A: Ecuación 8,62 Transferencia de Calor, Yunus A. Cengel
Reagua = ρVDexterno/μ = (59.86232lbm/ft3)(9.8424ft/s)(0.0345308ft) 1.9055E-5lbm/ft.s = 106 770.73
* Por lo que es un Flujo Laminar

Nuagua= 1.11CRen Pr1/3 = (1.11)(0.0239)(106770.73)0.805(1.76)1/3 (2B)

* DMLT

Q=UA(DMLT)

DMLT = (ΔT1 – ΔT2)/ ln(ΔT1-ΔT2) (3)...