Trabajo práctico nº 4: Intercambiadores de calor

Trabajo práctico nº 4:

Intercambiadores de calor

Ejercicio nº 1:

Un intercambiador de calor está constituido por dos tubos concéntricos de acero, el interior de 1 pulgada de diámetro nominal. El coeficiente de convección entre la pared interna del tubo de 1 pulgada y el fluido que circula por su interior es hi = 50 Kcal. /m2hºC. Para distintas condiciones de circulación del fluido que se desplaza por el espacio anular se han encontrados los siguientes valores de h0 entre dicho fluido y la pared externa del tubo de 1 pulgada: 100 Kcal. /m2hºC., 500 Kcal. /m2hºC. y 1000 Kcal./m2hºC. Despreciándose la resistencia que ofrece al paso del calor el material con el cual está hecho el tubo, determínese en cada uno de los casos, el error cometido en el cálculo de la cantidad de calor intercambiado si se prescinde del coeficiente externo.

Despreciamos diámetros

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Ejercicio nº 2:

Un fluido caliente entra a un aparato de tubos concéntricos a temperatura de 300ºF y se enfría a 200ºF por un fluido que entra a 100 ºF y se calienta a 150 ºF. ¿Deben ponerse en flujo paralelo o en contracorriente?

En paralelo:

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Contracorriente:

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Se elige el que tiene mayor . Por tanto se comprueba que a contracorriente es mejor.[pic 15]

Ejercicio nº 3:

Un fluido caliente entra a un aparato de tubos concéntricos a 300ºF y debe enfriarse a 200 ºF, mediante un fluido frío que entra a 150 ºF y se calienta a 200 ºF. ¿Deben ponerse en flujo paralelo o en contracorriente?

En paralelo:

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Contracorriente:

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Se elige el que tiene mayor . Por tanto se comprueba que a contracorriente es mejor.[pic 22]

Ejercicio nº 4:

Por el tubo interno de un intercambiador de doble tubo circula butanol con un caudal de 3 m3/h, y se ha de calentar desde 20 ºC hasta 70 ºC por medio de agua que circula en contracorriente por el espacio anular. El tubo interno tiene un diámetro nominal de 1 y 1/4 de pulgada. Determínese el coeficiente total de transmisión (U) de calor basado en la superficie externa, si se ha encontrado experimentalmente que el coeficiente de convección agua-pared del tubo es 1500 Kcal./m2hºC. La resistencia que opone el material del tubo al paso del calor es despreciable.

Propiedades del butanol:

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Las temperaturas de cambio de estado del butanol con -90ºC y 117ºC por lo que no hay cambio de estado; y por circulación natural queda:

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Ejercicio nº5:

Se desean enfriar 14000 kg./h de una solución de etanol (al 80% en peso) de 70ºC a 30 ºC en contracorriente con 9000 l/h de agua a 15ºC en un intercambiador constituido por dos tubos concéntricos de acero de 2 pulgada y 3 pulgada. Determínese la longitud total del intercambiador. El agua fluye por el tubo interno y se considera que el tubo externo está perfectamente aislado.

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Para el agua:

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Para el etanol lo determinamos como en el libro:

Según tabla A.19:

2”de acero: [pic 51]

3”de acero: [pic 52]

Coeficiente de convección:

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Ahora Re lo resolvemos mediante la viscosidad dinámica:

Por tabla A. 13:

A 70ºC: [pic 54]

A 30ºC: [pic 55]

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Prand figura directamente en la tabla A.5 del libro Ocon y Tojo pero para el etanol no la encuentro. Copio lo que dice el libro.

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Por tabla A. 16 se obtiene la conductividad térmica de los líquidos pero a falta de más datos específicos copio los del libro:

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Si tomamos lo que sale de los caños:

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Si tomamos lo que entra al intercambiador:

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La media resulta:

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Tomando la temperatura media del libro (13ºC) que sale de no sé dónde porque por media logarítmica da 40 y pico.

El área de intercambio es:

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Longitud:

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Ejercicio nº6:

En un intercambiador de calor de doble tubo en contracorriente se calienta agua a razón de 60 lb/min desde 65 ºF hasta 95 ºF con un aceite que tiene un calor específico de 0,36 Btu / lb ºF. El aceite entra al intercambiador a 200 ºF y sale a 140 ºF. Determinar el área de intercambio de calor para un coeficiente global de transferencia de calor de 50 Btu / h pie2 º F.

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