68091713 Inter Cam Bi Adores de Calor Ejercicios H Cap 10

8/14/2019 68091713 Inter Cam Bi Adores de Calor Ejercicios H Cap 10

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1

10.22)

Se va a utilizar un cambiador de calor de doble tubera a contracorriente para calentaragua desde 200C hasta 400C enfriando un aceite desde 900C hasta 550C.Se disea elcambiador para una transferencia de calor total de 29kW, con un coeficiente global de

transferencia de calor de 340W/m20C.Calclese el rea superficial del intercambiador decalor.

a) Se conoce: Temperatura del agua al ingreso CTc 01 20 Temperatura del agua a la salida CTc 02 40 La temperatura del aceite a la entrada CTh 01 90 La temperatura del aceite a la salida CTh 02 55 Transferencia de calor total q =29kW Coeficiente global de transferencia de calor U = 340W/m20C

b) Se pide encontrar:

Calcular el rea superficial del intercambiador de calor.c) Suposiciones:

El intercambiador de calor es de doble tubera a contracorriente:DESARROLLO:

12

21

1221

ln

)(

TcTh

TcTh

TcThTcThTm

C

C

CCTm

0

0

00

2055

4090

ln

)2055(4090

CTm042

Calculo del factor de correccin F

12

21

tt

TTR

F=0.6557.0R

C

CR

0

0

9055

4020


2/13

2

12

12

tT

ttP

C

CP

0

0

9040

9055

7.0P

mTFAUq ***

2

002

12.3

42*65.0**/34029

mA

CACmWkW

10.25)

Una unidad de recuperacin de calor aire-aire utiliza un cambiador de flujo cruzado conambos fluidos sin mezclar y un flujo masico de aire de 0.5kg/s por ambos lados. El airecaliente entra a 4000C , mientras que el aire fri entra a 200C. Calclense las temperaturasde salidas para U = 40W/m20C y una rea total del cambiador de 20m2

b) Se conoce: Flujo masico del aire skgm /5.0. Temperatura del agua al ingreso CTc 01 400 La temperatura del aceite a la entrada CTh 01 20 Coeficiente global de transferencia de calor U = 40W/m20C rea del intercambiador del calor de 20m2

b) Se pide:

Calcular las temperaturas de salidas ?2 Tc ?2 Th c) Suposiciones:

El intercambiador de calor es de flujo cruzadoDESARROLLO:

TAUTCpm aireaire ****.

)20(*20*40)20(*0056.1*/5.0 022

022

00 CThm

CmWThC

CkgkJskg

CTh 02 20

TAUTCpm caliairecaliaire ****

.


3/13

3

)400(*20*40)400(*0056.1*/5.0 022

022

00 CThm

CmWThC

CkgkJskg

)3200008005058.0201120 2020 WTcCWTh

C

WW

10.20

Se disea un pequeo condensador de vapor para condensar 0,76 kg/min de vapor a 83kPa, con agua de refrigeracin a 10C. La temperatura, de salida del agua no debe pasarde 57 C. El coeficiente global de transferencia de calor es 3.400 W/m2 C. Calclese elrea necesaria para un cambiador de calor de doble tubera. Tsat = 95,6 C, hfg= 2,27 x l06J/kg.

a) Se conoce:

Cm

WU

CTc

CTc

kPaPVapor

kgm

rConcensado

3400

57

10

83

min76.0

2

2

1

b) Se pide:

As =?

c) Suposiciones:

Propiedades constantes Qalrd= 0

d) Anlisis:

kPaP

kg

kJh

CT

sat

fg

sat

55.84

2270

6.95

KTc

KTc

Kkg

kJCp

kPaP

330

283

2115.4

83

2

1

kWq

KKkg

kJ

s

kgq

TCpmq

49.2

283330

2115.40126.0


4/13

4

CTm

TcTh

TcTh

TcThTcThTm

contra

contra

234.58

ln12

21

1221

4.0

12

21

R

TcTc

ThThR

54.0

11

2

P

TcTh

TcTcP

CTm

CTm

F

3223.55

95.0234.58

95.0

2

2

0132.0

3223.55

4.349.2

mA

CACm

kWkW

TmAUq

10.26

En una instalacin grande de acondicionamiento de aire, hay que calentar 1.500 m3/mmde aire a 1 atm y 10C en un cambiador de calor de tubo con aletas, por medio de aguacaliente que entra al cambiador a 80 C. El coeficiente global de transferencia de calor es

50 W/m2

C. Calclese el rea del cambiador de calor necesaria para una temperatura desalida del aire de 35 C y una temperatura de salida del agua de 50 C.

a) Se conoce:

Cm

WU

CTc

CTc

atmP

mQ

CalentarAire

aireamientoAcondicion

50

35

10

1

min1500

:

2

2

1

3

CTh

CTh

CalienteAgua

50

80

2

1

b) Encontrar:

rea del cambiador


5/13

5

c) Suposiciones:


d) Esquema:

e) Anlisis:

s

mQ

m

kg

3

3

25

2407.1

Ckg

kJCp

skg

sm

mkgm

Qm

0063.1

0175.31252407.13

3

kWq

CCkg

kJ

s

kgq

TCpmq

32.780

1035

0063.10175.31

CTm

Tm

TcTh

TcTh

TcThTcThTm

contra

contra

contra

45.42

1050

3580ln

10503580

ln12

21

1221


6/13

6

2.11035

5080

12

21

R

TcTc

ThThR

35.01080

1035

11

12

P

TcTh

TcTcP

CTm

CTm

F

6295.38

91.045.42

91.0

2

2

0035.404

6295.38

05.032.780

mA

CACm

kWkW

TmAUq

10.29

Un cambiador de calor de doble tubera a contracorriente se emplea para calentaramonaco lquido desde 10C hata 30 C, con agua caliente que entra al cambiador a 60

C. El flujo msico de agua es 5,0 kg/s y el coeficiente global de transferencia de calor es800 W/m2 C. El rea del cambiador de calor es 30 m2. Calclese el flujo msico deamonaco.

a) Se conoce:

CTc

CTc

Amoniaco

ientecontracorrtuboDoble

30

10

:

:

2

1

s

kgm

CTh

Agua

5

60

:

1

2

2

30

800

mAs

Cm

WU

b) Encontrar:

Calclese el flujo msico de amonaco.c) Suposiciones:


d) Anlisis:

TCpmq


7/13

7

12

21

1221

12

21

1221

ln

ln

TcThTcTh

TcThTcThAsUq

TcTh

TcTh

TcThTcThTmcontra

CTh

Th

Thm

Cm

kWCTh

Ckg

kJ

s

kg

014.31

10

3060ln

10306030

8.060

18.45

2

2

22

22

kWq

CCkg

kJskgq

TCpmq

Agua

73.750

014.3160

18.45

:

kWq

CmCm

Wq

TmAsUq

CTm

TcTh

TcTh

TcThTcThTm

Amoniaco

contra

contra

78.605

24.2530

800

24.25

10014.31

3060ln

10014.313060

ln

2

2

12

21

1221

s

kgm

CCkg

kJmkW

TCpmq

24.13

1030

287.278.605


8/13

8

10.32

En los tubos de un cambiador de calor de tubo con aletas se emplea agua caliente a 90 C.Entre las aletas circula aire que entra a 1 atm, 30 C y con un flujo msico de 65 kg/min. Elcoeficiente global de transferencia de calor es 52 W/m2 C, y la temperatura de salida del

aire ha de ser 45 C. Calclese la temperatura de salida del agua si el rea total es 8,0 m2.

a) Se conoce:

s

kgkgm

CTc

CTc

Aire

083.1min

65

45

30

:

2

1

CTh

Agua

90

:

1

2

2

8

50

mA

Cm

W

U

b) Encontrar:

?2 Th c) Suposiciones:

Propiedades constantes

Qalrd= 0d) Anlisis:

kWq

CCkg

kJ

s

kgq

TCpmq

34.16

3045

0057.1083.1

CTh

Th

Thm

Cm

kWkW

TmAsUq

99.68

309045ln

3090458

052.034.16

2

2

22

2


9/13

9

10.39

Un cambiador de carcasa y tubos con un paso de carcasa y dos pasos de tubo, se utilizacomo sistema de transferencia de calor agua-agua, estando el fluido caliente en la partede la carcasa. El agua caliente se enfra desde 80 C hasta 60 C, y el fluido fro se calienta

desde 5 C hasta 60 C. Calclese el rea superficial necesaria para una transferencia decalor de 60 kW y un coeficiente de transferencia de calor de 1.100 W/m2 C.

a) Se conoce:

Cambiador1 Paso carcasa2 tubos de paso

Agua Calientefluido carcasa TubosAgua FraTh1 = 80 C Tc1 = 5 CTh2 = 60 C Tc2 = 60 C

U = 1100 w/m2C cp = 4.18 kJ/Kg Cq = 60 Kw

b) Se pide:

rea necesaria para q = ? Flujo contracorriente Fluido calientecarcasa

c) Suposiciones:

Propiedades constantes Qalrd= 0d) Anlisis:

C6.34Tm)560(

)6080(ln

)560()6080(Tm

)Tc-Th(

)Tc-Th(ln

)Tc-Th()Tc-Th(Tm

12

21

1221

0.9f

36.0560

6080

tt

TTR

73.0580

560

tT

ttP

12

21

11

12

Tm = 34.6 C * 0.9 = 31.14 C


10/13

10

2

m

w

m1.75A

14.31*1100

W60000A

TmAUq

2

CC

10. 51

Se utiliza un cambiador de calor de doble tubera a contracorriente para calentar aguadesde 20 C hasta 40 C con aceite caliente que entra al cambiador a 180C y sale a 140C. El flujo msico de agua es 3,0 kg/s y el coeficiente global de transferencia de calor es130 W/m2 C. Supngase que el calor especfico del aceite es 2.100 J/kg - C. Supngaseque el flujo msico de agua se reduce a la mitad. Qu flujo msico de aceite senecesitar para mantener en 40 C la temperatura de salida del agua? (El flujo msico deaceite nose reduce a la mitad.)

a) Se conoce:

Cambiadordoble tubera, contracorrienteAceite Caliente AguaTh1 = 180 C Tc1 = 20 CTh2 = 140 C Tc2 = 40 Ccp = 2100 J/Kg C cp = 4.18 KJ/Kg C

U = 130 w/m2C m = 3 kg/s /2 = 1.5 kg/s

b) Se pide:

Flujo masico del aceite =?c) Suposiciones:

Propiedades constantes Qalrd= 0 m agua /2 temperatura de salida del agua = 40 C

aceitecarcasa

d) Anlisis:

C74.129Tm

)20140(

)40180(ln

)20140()40018(Tm

)Tc-Th(

)Tc-Th(ln

)Tc-Th()Tc-Th(Tm

12

21

1221


11/13

11

0.96f

22040

140180

tt

TTR

125.020180

2040

tT

ttP

12

21

11

12

qagua = qaceite+ Qalrd= qtotal= U A Tm

Tm = 130 C * 0.96 = 124.8 C

W125400q

)2040(*1018.4*5.1q

Tmcpmq

agua

3

agua

agua

CKgJ

s

kg

Kg/s1.4928m

)140180(*2100

W125400m

Tmcpmq

aceite

kgJaceite

aceite

CC

10. 67

Se va a disear un cambiador de calor de doble tubera, para enfriar agua desde 80 Chasta 60 C con etilenglicol, que entra al cambiador a 20 C. El flujo msico de glicol es0,7 kg/s,y el flujo msico de agua es 0,5 kg/s. Calclese el rendimiento del cambiador de

calor. Si el coeficiente global de transferencia de calor es 1.000 W/m2 C, calclese elrea necesaria para el cambiador de calor.

a) Se conoce:

Agua EtilenglicolTh1 = 80 C Tc1 = 20 CTh2 = 60 C Tc2 = 40 Ccp = 4.18 KJ/Kg C cp = 2.382 KJ/Kg Cm = 0.5 kg/s m = 0.7 kg/sU = 1000 w/m2C

b) Se pide:

Eficiencia () = ? A = ?

c) Suposiciones:

Propiedades constantes Qalrd= 0 Doble tubera Flujo contracorriente


12/13

12

d) Anlisis:

W41800q

)6080(*1018.4*5.1q

Tcpmq

agua

3

agua

agua

CKg

J

s

kg

C

CKgJ

s

kg

06.45tc

)20tc(*1038.2*7.0w41800

Tcpmq

2

2

3

etil

C44.37Tm

)2060(

)4580(ln

)2060()4508(Tm

)Tc-Th(

)Tc-Th(ln

)Tc-Th()Tc-Th(Tm

12

21

1221

0.93f

25.18060

4520

tt

TTR

33.08020

8060

tT

ttP

12

21

11

12

Tm = 37.44 C * 0.93 = 34.81 C

2

m

w

m1.2A

81.34*1000

W41800A

TmAUq

2

CC

W100044q

)2080(*10382.2*7.0q

)TcTh(cpmq

max

3

max

11calentacalentarmax

CKgJ

s

kg

0.41w100044

w41800

q

q

max

real


13/13

13

10.41)

Un cambiador de calor de tubo con aletas, de flujo cruzado, emplea agua caliente paracalentar una cantidad dada de aire desde 150C hasta 250C. El agua entra al cambiador decalor a 700C y sale a 400C y el flujo de calor total a de ser 29kW.Calclese el rea del

intercambiador de calor.

a)Se conoce:

Temperatura del aire al ingreso CTc 01 15 Temperatura del aire a la salida a CTc 02 25 La temperatura del agua a la ingreso CTh 01 70 La temperatura del agua a la salida CTh 02 40 Flujo de calor total q = 29kW

b) Se pide:

Calcular el flujo masico del aire y del agua..c) Suposiciones:

El intercambiador de calor es de tubo con aletas, de flujo cruzado.

DESARROLLO:

12

21

1221

ln

)(

TcTh

TcTh

TcThTcThTm

C

C

CCTm

0

0

00

1540

4070ln

)1540(4070

CTm0

42.27

TCpmq aireaire **

.

CCkgkJmkW aire00

.

10*./0055.1*29

skgmaire /88.2.

TCpmq OHOH ** 22.

CmkW OH0

2

.

30*181.4*29

skgmaire /23.0.

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