Upload
mary-cruz
View
221
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
8/14/2019 68091713 Inter Cam Bi Adores de Calor Ejercicios H Cap 10
1/13
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
8/14/2019 68091713 Inter Cam Bi Adores de Calor Ejercicios H Cap 10
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 ****
.
8/14/2019 68091713 Inter Cam Bi Adores de Calor Ejercicios H Cap 10
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
8/14/2019 68091713 Inter Cam Bi Adores de Calor Ejercicios H Cap 10
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
8/14/2019 68091713 Inter Cam Bi Adores de Calor Ejercicios H Cap 10
5/13
5
c) Suposiciones:
Propiedades constantes Qalrd= 0
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
8/14/2019 68091713 Inter Cam Bi Adores de Calor Ejercicios H Cap 10
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:
Propiedades constantes Qalrd= 0
d) Anlisis:
TCpmq
8/14/2019 68091713 Inter Cam Bi Adores de Calor Ejercicios H Cap 10
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
8/14/2019 68091713 Inter Cam Bi Adores de Calor Ejercicios H Cap 10
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
8/14/2019 68091713 Inter Cam Bi Adores de Calor Ejercicios H Cap 10
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
8/14/2019 68091713 Inter Cam Bi Adores de Calor Ejercicios H Cap 10
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
8/14/2019 68091713 Inter Cam Bi Adores de Calor Ejercicios H Cap 10
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
8/14/2019 68091713 Inter Cam Bi Adores de Calor Ejercicios H Cap 10
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
8/14/2019 68091713 Inter Cam Bi Adores de Calor Ejercicios H Cap 10
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.