Fenómenos de Transporte de masa y calor

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN

FACULTAD DE INGENIERÍA PROCESOS

Ingeniería Metalúrgica

[pic 1]

Curso: Fenómenos de Transporte de masa y calor

3er año – Grupo   B  

[pic 2]

Presentado por:

Cusirramos Chavez, Eva Isabel

Ttito Flores, Luis Angel

Viveros Zavala Ricardo Gabriel

_______________________

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]

[pic 5]

1. Calculamos el flujo encontrado

[pic 6]

[pic 7]

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)

[pic 8]

[pic 9]

[pic 10]

[pic 11]

[pic 12]

[pic 13]

[pic 14]

[pic 15]

Calculamos [pic 16]

[pic 17]

[pic 18]

[pic 19]

[pic 20]

Ahora calculamos el [pic 21]

[pic 22]

[pic 23]

[pic 24]

Ahora calculamos el [pic 25]

[pic 26]

[pic 27]

[pic 28]

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

[pic 30]

[pic 31]

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

[pic 33]

[pic 34]

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

[pic 35]

[pic 36]

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:

[pic 37]

El área se determina de la siguiente forma:

[pic 38]

Donde:

N=número de tubos (238)

D=diámetro de los tubos (0.01905 m)

L=longitud total del tubo (5.8x2 m)

Reemplazando:

[pic 39]

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

[pic 40]

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.

[pic 41]

              Siendo el calor de intercambio será:

[pic 42]

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

              Se conoce que:

[pic 44]

[pic 45]

                 Reemplazando:

[pic 46]

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

[pic 47]

                 Despejamos U:

[pic 48]

                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:

[pic 49]

                 Finalmente:

[pic 50]

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?

[pic 51]

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

Pero:

[pic 52]

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

Temperatura de salida Tc,o(°C) = 18,81

Flujo másico (kg/s) = 111

Entonces la efectividad será:

[pic 53]

[pic 54]

Nótese que la capacitancia térmica mínima es igual a la capacitancia térmica del fluido caliente. Pero si trabajamos con la otra ecuación que corresponde a la del fluido frío se tendrá la misma efectividad:

[pic 55]

[pic 56]

1. Una unidad de recuperación de aire usa un cambiador de flujo transversal con ambos fluidos sin mezclar y una velocidad de flujo de aire de 0.5 kg/s en ambos lados. El aire caliente entra a 40 ºC mientras que el aire frío entra a 20 ºC . Calcule las temperaturas de salida para U = 40 W/m2 -ºC y un área total del cambista de 20 m2.

Datos:

• [pic 57]
• [pic 58]
• [pic 59]
• [pic 60]
• [pic 61]

Solución:

[pic 62]

[pic 63]

[pic 64]

[pic 65]

[pic 66]

[pic 67]

1. Gases de escape de un horno se usa para precalentar el aire de combustión que se suministra a los quemadores del horno. El gas, que tiene un flujo de 15 kg/s y una temperatura de entrada de 1100 ºK, pasa por un haz de tubos, mientras que el el aire, que tiene un flujo de 10 kg/s y una temperatura de entrada de 300 ºK, está en flujo cruzado sobre los tubos. Los tubos no tienen aletas y el coeficiente global de transferencia de calor es 100 W/m2 -ºK. Determine el área superficial total de los tubos que se requiere para alcanzar una temperatura de salida del aire de 850 ºK. Se pude suponer que el gas de escape y el aire tinen cada uno un calor epecífico de 1075 J/kg-ºK.

Datos:

F.C. gases calientes:

• [pic 68]
• [pic 69]
• [pic 70]

F.F aire

• [pic 71]
• [pic 72]
• [pic 73]
• [pic 74]

Solución:

[pic 75]

[pic 76]

[pic 77]

[pic 78]

Calculamos [pic 79]

[pic 80]

...