Intercambiadores De Calor

rTema 3. INTERCAMBIADORES DE CALOR. EJERCICIOS
Ejercicio 1. En un subenfriador de una instalación frigorífica, que utiliza agua como
medio de refrigeración, se sabe que las temperaturas de entrada y salida del agua son 15
y 18ºC, respectivamente, y la del fluido refrigerante 30ºC a la entrada y 25ºC a la salida,
siendo el caudal de agua movido de 10.000 kg/h. En estas condiciones se pidecalcular la
superficie de intercambio de calor, supuesto el proceso sin pérdidas, para las siguientes
configuraciones:
a) equicorriente
b) contracorriente
c) 1 paso por carcasa, 2 por tubos
d) 2 pasos por carcasa, 4 por tubos
Datos:

coeficiente global de transmisión = 115,7 W/m2 K (cte)
calor específico medio del refrigerante = 0,833 kJ/kg K

TEMA 3 – INTERCAMBIADORES DE CALOR.INGENIERÍA TÉRMICA

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Solución:
a) La disposición en equicorriente supone la siguiente distribución de temperaturas:
30ºC
15ºC

25ºC
18ºC

25ºC

30ºC
18ºC

15ºC

siendo el incremento de temperaturas logarítmico, es decir, la diferencia de temperatura
media a lo largo del intercambiador que produce la misma transferencia de calor, delsiguiente valor:

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∆Tml =

∆θ ′ − ∆θ ′′ (30 − 15) − (25 − 18)
= 10,5º C
=
30 − 15
∆θ ′
ln
ln
25 − 18
∆θ ′′

La cantidad de calor intercambiada en este caso será:

&
q = U At ∆Tml = magua c p agua ∆Tagua
luego:

115,7·At·10,5 =

10.000
·4,18·103·( 18 − 15 ) →At = 28,67 m 2
3.600

b) La distribución de temperaturas en contracorriente vendrá dada por el siguiente
diagrama:

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30ºC
15ºC
18ºC
25ºC

30ºC
25ºC

15ºC

18ºC

∆Tml =

∆θ ′ − ∆θ ′′ (30 − 18) − (25 − 15)
=
= 10,97º C
∆θ ′
30 − 18
ln
ln
∆θ ′′
25 − 15

y,operando como en el apartado anterior, llegaríamos a obtener el valor de At, que en
este caso valdría:

115,7·At·10,97 =

10.000
·4 ,18·103·( 18 − 15 ) → At = 27 ,44 m 2
3.600

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c) En caso de una configuración formada por 1 paso por carcasa y 2 por tubos, se tendría
lasiguiente distribución de temperaturas:

El cálculo de la superficie necesaria puede realizarse en base a la evaluación del
coeficiente corrector F del incremento logarítmico medio de temperatura en la disposición
contracorriente. Este factor es función de las siguientes relaciones:

P=

Tt s − Tt e 18 − 15
=
= 0,2
Tca e − Tt e 30 − 15

R=

Tca e − Tca s 30 − 25
=
= 1,66
Tt s − Tt e18 − 15

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y de la gráfica correspondiente: F = 0,978

y el incremento logarítmico medio de temperatura será:

∆T = ∆Tcontr F = 10,97 0,978 = 10,73º C
por lo que la superficie de transmisión pasa a ser ahora de:

115,7·At·10 ,73 =

10.000
·4,18·103·( 18 − 15 ) → At = 28,05 m2
3.600

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d) En el caso de 2 pasos por carcasa y 4 por tubos, evaluaremos el factor de corrección F
mediante la gráfica correspondiente en función de P y z, resultando: F ≈1

con lo que el área de transmisión será ahora: At = 27,44 m2

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Ejercicio 2. Resolver los apartados c) y d) del ejercicio anterior empleando el método del
número de unidades de transmisión NTU.

Solución:

&
&
qreal = mc c p c (Tc e − Tc s ) = m f c p f (T f s − T f e )

&
&
mc c p c (30 − 25) = m f c p f (18 − 15)
Y como:

&
m f ·c p f =

10.000
·4 ,18·103 =...