P1 INTERCAMBIADOR

Problemas de intercambiadores
— Juan F. Coronel

1

PROBLEMA 1: Dimensionado de un intercambiador de doble tubo
Para enfriar aceite se desea utiliza un intercambiador de doble tubo a contracorriente.El tubo interior
de cobre tiene un diámetro interior de 25 mm y un espesor de 1 mm. El diámetro interior del tubo
exterior es de 45 mm. El aceite fluye por el exterior con un caudal de 0.1 kg/s y elagua por el interior
a razón de 0.2 kg/s. Si la temperatura de entrada del agua es 30ºC y la del aceite 100ºC. Calcular la
longitud del intercambiador para enfriar el agua hasta una temperatura de60ºC.
Nota: Coeficiente global de transferencia referido al área exterior U e =42 W/(m²K)
Datos
Dimensiones:

D1 =25 mm=0.025 m
D 2=27 mm=0.027 m
D3 =45 mm=0.025 m

Caudales:

m
˙ w =0.2 kg/s m
˙ o =0.1kg/s

Temperaturas:

T we =30 °C

D1 D2

D3

T oe =100°C T os =60 °C

Esquema
T os
˙
Q

T ws

m
˙w
T we

m
˙o
T oe
L

Propiedades
Aceite a 80°C:

c po=2.131 kJ/(kg·K)

Agua a 35°C:

c pw=4.174kJ/(kg·K)

Solución

Aceite:

˙ m
˙
Q=
kW
˙ o c po (T oe−T os ) → Q=8.524

Agua:

˙ m
Q=
˙ w c pw (T ws −T we ) → T ws =40.21°C

T (ºC)

Realizaremos un balance de energía sobre las corrientes de agua yaceite:
T oe

T os
T ws
T we
A (m²)

Problemas de intercambiadores
— Juan F. Coronel

2

Ecuación de transmisión de calor a través de la pared interna del intercambiador:
˙
Q=U
e Ae (T o−T w )=U e Ae Δ Tmed

La diferencia de temperatura media, para el caso del doble tubo a contracorriente, puede demostrase que es
igual a la diferencia de temperatura logarítmica media (DTLM):

Δ T med = Δ T lm=

Δ T e− Δ T s (T oe −T ws )−(T os −T we )
=
ΔTe
T −T ws
ln
ln oe
ΔT s
T os −T we

( )

(

)

Para nuestro caso:

Δ T lm= 43.2°C
Si sustituimos en la ecuación de transmisión de calor el área exterior por suvalor tenderemos:
˙
Q=U
e π L D 2 Δ T lm

Y despejando la longitud:

L=55.6 m
Solución usando el método efectividad-NTU:
La definición de la efectividad es la siguiente:

ε=

Q˙
Q˙ max

El calor...