Transmision Y Calor

inter. 2. Considerar un intercambiador de un paso por carcasa y dos por tubos, en el que circula agua fría por la carcasa y agua caliente por los tubos. Medidas realizadas en funcionamiento permiten conocer los parámetros que se adjuntan: Gasto másico de agua caliente: Gasto másico de agua fría: Temperatura de entrada del agua caliente: Temperatura de salida del agua caliente: Temperatura deentrada del agua fría: Coeficiente de convección exterior a los conductos: Coeficiente de convección interior a los conductos:
mcal  0.166  kg s Te_cal  335  K Ts_cal  314  K Te_fria  287  K h i  1400 W m h e  1000 W m
2 1 1

mfria  0.194  kg s

K

1

2

K

1

El intercambiador, que se supone perfectamente aislado del exterior, se compone de tubos depared delgada, (suponer espesor despreciable), cada uno de 10 mm. de diámetro, por los que circula el agua caliente con una velocidad media a la entrada de 0.25 m/s. ¿Cuál es el número de tubos? ¿Cuál es la longitud de tubo requerida por paso? Suponer un calor específico promedio para el agua líquida, de valor 4182 J/kg K.

Resolución: Este problema trata de introducir la metodología a utilizarpara la caracterización de un intercambiador de calor a partir de sus parámetros térmicos básicos. El objetivo final en este caso es la determinación de dos de sus variables geométricas, el número de tubos y la longitud de los mismos. Para ello se requiere, a priori, evaluar la superficie necesaria para la transmisión de la potencia térmica, a partir del cálculo del parámetro AU del intercambiador.Dado que estamos en el comienzo del estudio de este tipo de problemas, se utilizarán los dos métodos usuales, el de la DMLT, y el de la eficiencia para la determinación de este importante parámetro en el diseño de un intercambiador. Una vez se conoce dicha magnitud, si se dispone del coeficiente global de transmisión de calor del intercambiador, U, es posible determinar directamente el área detransmisión de calor necesaria. Una vez descrita la metodología general del problema, comenzamos con la aplicación, en primer lugar del método de la eficiencia. Inicialmente se determinará la potencia térmica transmitida en el intercambiador. Puesto que se supone idealmente aislado del exterior, todo el calor que cede el agua caliente es absorbido por el agua fría:

q  mcal Cp  Te_cal Ts_cal 

q  1.458  10  W

4

Para evaluar la eficiencia del intercambiador, es necesario previamente determinar la máxima potencia térmica que podría transferir la instalación, por definición:
q max = ( m Cp)
min

 ΔTmax

Al circular el mismo fluido por ambos circuitos, el producto (mCp)min en este caso corresponderá directamente al menor gasto másico, al agua caliente. El salto detemperaturas máximo se evalúa como la diferencia entre las temperatura de entrada de ambos flujos:
ΔTmax  Te_cal  Te_fria q max  mcal Cp ΔTmax ΔTmax  48 K q max  3.332  10  W
4

De la definición de eficiencia de un intercambiador:
ε  q q max ε  0.438

Con dicho parámetro y el cociente de capacidades térmicas Cr, es posible determinar la magnitud NTU del intercambiador, mediantela consulta en gráficos o aplicando las correspondientes expresiones analíticas. En este caso Cr coincide con el cociente de gastos másicos al tratarse del mismo fluido:
Cr = Cp mcal Cp mfria Cr  mcal mfria Cr  0.856

Para un intercambiador de un paso por carcasa y dos por tubo, corresponde la siguiente relación entre eficiencia y NTU:
2 E  ε   1  Cr
1 

NTU   1  Cr 2



 1   2

 ln 

 E  1

E  1

NTU  0.804

 1  Cr2  

2

Y puesto que: NTU =

AU ( m Cp)
min

Se obtiene:
AU  NTU mcal Cp AU  558.072  W K
1

Para aplicar el método de la diferencia media logarítmica de temperaturas (DMLT) para el cálculo del factor UA, puesto que es necesario conocer las temperaturas de entrada y salida de ambos...