Fenómenos de Transporte de masa y calor

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN

FACULTAD DE INGENIERÍA PROCESOS

Ingeniería Metalúrgica

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Curso: Fenómenos de Transporte de masa y calor

3er año – Grupo   B  

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Presentado por:

Cusirramos Chavez, Eva Isabel

Ttito Flores, Luis Angel

Viveros Zavala Ricardo Gabriel

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Docente: Ing. Vicente Hermo Rudy Vilca

Arequipa, Perú

2022

1. En un cambista de calor, el flujo frío entra a 30 ºC y sale a 200 ºC, mientras que el fluido caliente entra a 360 ºC y sale a 300 ºC. Encuentre los valores para la DTML de: a) flujo paralelo y b) flujo encontrado.

Datos: [pic 3]

Solución:

Los valores para DTML serán los siguientes:

1. Calculamos el flujo paralelo [pic 4]

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1. Calculamos el flujo encontrado

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1. Se desea calentar 230 Kg/h de agua de 35 a 93 ºC con aceite ( cp = 2.1 kJ/kg-ºK) que tiene una temperatura inicial de 175 ºC . El flujo en masa de aceite es también 230 kg/h, se dispone de dos cambiadores de calor de doble tubo:

Cambiador 1: U = 570 W/m2 -ºK A = 0.47 m2

Cambiador 2: U = 370 W/m2 -ºK A = 0.94 m2

Solución:

Q(agua) = Q (aceite)

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Calculamos [pic 16]

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Ahora calculamos el [pic 21]

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Ahora calculamos el [pic 25]

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1. Se utiliza un intercambiador de corrientes cruzadas y un fluido sin mezclar, para calentar un aceite que está en el interior de los tubos (𝑐 = 1.86 𝑘𝐽/𝑘𝑔°𝐶) desde 15°C hasta 85°C. Por la parte exterior de los tubos, se hace circular un flujo de masa de vapor de agua de 5.2 kg/s, que entra a 130°C y sale a 110°C. El coeficiente global de transferencia de calor es 275 W/m2 °C y para el vapor de agua 𝑐 = 1.86 𝑘𝐽/𝑘𝑔°𝐶. Calcular el área de la superficie del intercambiador de calor.

Datos:[pic 29]

Solución:

1. Calculamos el área de la superficie del intercambiador de calor

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El ∆se calcula como se fuera de doble tubo en contracorriente[pic 32]

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t1 y t2 representaran el fluido sin mezclar (el aceite), y T1 y T2 representan el fluido mezclado (el vapor de agua), de modo que

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1. Cierto aceite tiene un calor específico de 2 000 J/ Kg-ºK y entra en un enfriador de aceite a 80 ºC a razón de 8 000 kg/h. El enfriador es una unidad de flujo encontrado, con agua como refrigerante, la superficie de transferencia de calor es de 7.5 m2. El agua entra al cambista a 10 ºC. El valor de Uo es de 600 W/m2 -ºK. Determine la razón de flujo de masa del agua si el aceite sale del enfriador a 42 ºC.

Para hallar el área de transferencia de calor, se empleará las características geométricas del intercambiador de calor.

Se considerará la misma carga térmica, suponiendo que trabajará a las condiciones de diseño (esto para poder comparar).

Tenemos como datos:

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El área se determina de la siguiente forma:

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Donde:

N=número de tubos (238)

D=diámetro de los tubos (0.01905 m)

L=longitud total del tubo (5.8x2 m)

Reemplazando:

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1. En un cambiador de calor de flujo a contracorriente entra agua a 99 ºC . Se utiliza para calentar una corriente de agua fría de 4 a 32 ºC . El flujo de la corriente fría es 1.3 kg/s, y el flujo de la corriente caliente es de 2.6 kg/s. El coeficiente de transferencia de calor total es 830 W/m2 -ºK. ¿Cuál es el área del cambiador de calor? Calcule la eficacia del cambiador de calor.

Con las temperaturas de diseño (18 y 23)ºC de los circuitos abierto y cerrado se hallan los parámetros que intervienen en los cálculos para hallar el coeficiente de convección (datos interpolados), los resultados se muestran en el cuadro

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Los cálculos de balance de energía y el análisis subsiguiente están sujetos a las siguientes suposiciones:

1. El intercambiador de calor está aislado de sus alrededores, en cuyo caso el único intercambio de calor es entre los fluidos caliente y frío.
2. La conducción axial es insignificante
3. Los cambios de energía potencial y cinética son despreciables.
4. Los calores específicos del fluido son constantes
5. El coeficiente global de transferencia de calor es constante.

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              Siendo el calor de intercambio será:

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              Y la temperatura de salida del fluido frío [pic 43]

              Se conoce que:

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                 Reemplazando:

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                 De la ecuación para intercambiadores de calor de coraza y tubos:

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                 Despejamos U:

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                En este caso el intercambiador de calor de coraza y tubos es de seis pasos

                Aproximadamente F = 0,52 (P=0,40 y R=0,85)

                Tenemos:

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                 Finalmente:

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1. En un cambiador de calor de flujo a contracorriente entra agua a 80 ºC y sale a 35 ºC. El agua se usa para calentar un aceite de 25 a 48 ºC. ¿Cuál es la eficacia del cambiador de calor?

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Donde Ch y Cc son las capacitancias térmicas del fluido caliente y frío respectivamente.

Pero:

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Donde Cmin es igual a Cc o Ch, la que sea menor.

Se conoce también las temperaturas de diseño:

CIRCUITO CERRADO

Temperatura de entrada Th,i (°C) = 26,3

Temperatura de salida Th,o (°C) = 21,8

Flujo másico (kg/s) = 94

CIRCUITO ABIERTO

Temperatura de entrada Tc,i (°C) = 15,0

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