fluidos

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VI.1.- Un intercambiador de calor de flujos cruzados, con ambos fluidos con mezcla, tiene una superficie de intercambio A igual a 8,4 m2; los fluidos que se utilizan son los siguientes:
Aire, de calor específico 1005 Joules/kg°C
Agua, de calor específico 4180 Joules/kg°C
El aire entra en el intercambiador a 15°C, a razón de 2 kg/seg
El agua entra a 90°C a razón de 0,25 kg/seg
Elcoeficiente global de transmisión de calor vale 250 W/m2°C.
Determinar
a) Las temperaturas de salida de ambos fluidos
b) El calor intercambiado
_________________________________________________________________________________________
RESOLUCIÓN
a) Temperaturas de salida de ambos fluidos

kg
J
W
C aire = 2
x 1005
= 2010

 C máx = C aire

C mín
1045
seg
kgºC
ºC
⇒
=
= 0,52
 ⇒ kg
J
W 
C máx
2010
 C mín = C agua
C agua = 0,25
x 4180
= 1045

seg
kgº C
ºC 
2 x 250 (W/m 2 ºC)
8,4 m
NTU = A U =
=2
C mín
1045 (W/ºC)
NTU
2
Flujos cruzados con mezcla: ε =
=
= 0,684
C mín
2 x 0,52
2
+
-1
NTU
C máx
1 - e- 2
1 - e - (2 x 0,52 )
NTU
+
-1
C
1 - e - NTU
1 - exp (- NTU mín )
C máx
TC - TC C
90 - TC
1
2
mín
2
ε = 0,684 =
=
⇒ TC 2 =38,7ºC
TC - TF C mín
90 - 15
1
1
TF - TF C
TF - 15 1
1
máx
ε = 0,684 = 2
= 2
⇒ TF2 = 41,68ºC
TC - TF C mín
90 - 15 0,52
1
1
b) Calor intercambiado: Q = Caire (TF2 - TF1) = 2010 W x (41,68 - 15)ºC = 53,63 kW
ºC
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VI.2.- Determinar el área de intercambio térmico que se necesitapara que un intercambiador de calor construido
con un tubo de 25,4 mm de diámetro exterior, enfríe 6,93 kg/seg de una solución de alcohol etílico al 95 por % ,
cp=3.810 Joules/kg°K, desde 65,6°C hasta 39,4°C, utilizando 6,3 kg de agua por segundo a 10°C.
Se supondrá que el coeficiente global de transferencia térmica basado en el área exterior del tubo es de 568
W/m°C.
El problema se realizaráen los siguientes supuestos:
a) Carcasa y tubo con flujos en equicorriente
b) Carcasa y tubo con flujos en contracorriente
c) Intercambiador en contracorriente con dos pasos en carcasa y 4 pasos de tubos de 72 tubos en cada paso,
circulando el alcohol por la carcasa y el agua por los tubos
d) Flujo cruzado, con un paso de tubos y otro de carcasa, siendo con mezcla de fluido en la carcasa._________________________________________________________________________________________
RESOLUCIÓN
TC2

TF1

TF2

Agua

TC1

Alcohol

 ΔT 2 = TC 1 - T F1 = 65,6 - 10 = 55,6ºC
a) Tubo y carcasa con flujos en equicorriente: 
 ΔT1 = T C 2 - T F 2 = 39,4 - T F 2
Intercambiadores.VI.-119

Transferencia de calor (no hay pérdidas): Q = Q C = Q F = m C c pC (TC 1 - TC 2 ) = m F cpF (T F2 - T F1 )
Q = 6,93 (kg/seg) x 3810 (J/kgºC) x (65,6 - 39,4)ºC = 6,3 (kg/seg) x 4186 (J/kgºC) x (T F2 - 10)ºC = 691,766 kW
en la que TF2 es la temperatura de salida del agua; despejando se obtiene:
TF2 = 36,23ºC

; ΔT1 = 39,4 - 36,23 = 3,17ºC

55,6 - 3,17
ΔT2 - ΔT1
=
= 18,3ºC
55,6
ΔT2
ln
ln
3,17
ΔT1
691766 W = 568 W Ae m2 x 18,3ºC ; Ae = 66,55 m2
m2 ºC
(LMTD) =

Ae66,55 m 2
Longitud del tubo: L = π d = π x 0,0254 m = 834 m
e
b) Carcasa y tubo con flujos en contracorriente
ΔT2 = TC1 - TF2 = 65,6 - 36,23 = 29,37ºC

ΔT1 = TC2 - TF1 = 39,4 - 10 = 29,4ºC

29,37 - 29,4
(LMTD) = ΔT2 - ΔT1 =
= 0 = ΔT2 = x ; ΔT2 = x ΔT1
29,37
0
ΔT2
ΔT1
ln
ln
29,4
ΔT1

=

ΔT1 (x-1)
= L' Hôpital = x ΔT1 = ΔT2 = TC1 - TF2 = 65,6 - 36,23 = 29,37ºC
ln x
29,37ºC ; Ae= 41,47 m2 (un 40% menos que en equicorriente)
=

691766 W = 568 W Ae m2 x
m2 ºC
TF2

TC1 Alcohol

TC1
TF2

TC2

TF1

TC2

TF1
Agua

Longitud del tubo

c) Intercambiador en contracorriente con dos pasos en carcasa y 4 pasos de tubos de 72 tubos en cada paso,
circulando el alcohol por la carcasa y el agua por los tubos.- Temperatura media del flujo en contracorriente...