UNIVERSIDAD AUSTRAL DE CHILE INSTITUTO DE CIENCIA Y TECNOLOGIA DE LOS ALIMENTOS (ICYTAL) / ASIGNATURA: PROFESOR. : INGENIERIA DE PROCESOS III (ITCL 234) Elton F. Morales Blancas UNIDAD 2: INTERCAMBIADORES DE CALOR Ejemplo 1: Determine el área de transferencia de calor necesaria en un intercambiador de calor de flujos en paralelo y un paso de tubos de cobre de 2.54 cm de diámetro exterior y calibre 18 BWG, si se desean enfriar 1000 kg/h de aceite (cp = 2 J/g K) desde 80ºC hasta 60ºC. Para lograr el enfriamiento se dispone de 1000 kg/h de agua (cp = 4.18 J/g K) a 25ºC. Suponga que el coeficiente total de trasferencia de calor basado en el área exterior de los tubos es igual a 500 W/m2 K. Solución: Según los datos del problema, q = mccpc (Tc1 – Tc2) = (1000/3600)(2 x 103) x (80 – 60) q = 11111.11 W Por otra parte, puesto que el calor cedido por el aceite es transferido al agua de enfriamiento, mccpc (Tc1 – Tc2) = mfcpf (Tf2 – Tf1) y Tf 2 = Tf 1 + mc c pc m f c pf (Tc1 − Tc 2 ) Sustituyendo valores, T f 2 = 25 + (1000)(2) (1000)(4.18) Tf2 = 34.57ºC (80 − 60) Según la Ecuación 8.12 ∆T = (60 − 34.57) − (80 − 25) = 38.33º C (60 − 34.57) ln (80 − 25) Por lo tanto, aplicando la ecuación básica A= q U ∆T = 11111.11 = 0.58 m 2 (500)(38.33) Ejemplo 2: Supóngase que en vez de emplear el intercambiador de calor del Ejemplo 1 se emplea uno de a. Flujos opuestos b. Tipo de coraza y tubo con dos pasos de tubos por donde circula el agua. Si el coeficiente de trasferencia de calor se mantiene en 500 W/m2 K, determine el área de transferencia de calor necesaria en ambos arreglos. Solución a. Si el intercambiador de calor es de flujos opuestos se tiene que, ∆Tlog = (80 − 34.57) − (60 − 25) = 40.12º C (80 − 34.57) ln (60 − 25) Por lo tanto, A= q U ∆Tlog = 11111.11 = 0.55 m 2 (500)(40.12) b. El problema puede ahora resolverse determinando el factor de corrección F apropiado. Según los parámetros de la Figura 8.7 se tiene que: T1 T2 t1 t2 = 80ºC = 60ºC = 25ºC = 34.57ºC P= 34.57 − 25 = 0.17 80 − 25 R= 80 − 60 = 2.09 34,57 − 25 Por lo tanto, de la figura citada se obtiene que F = 0.99. Luego se tiene, A= q UF ∆Tlog = 11111.11 = 0.56 m 2 (500)(40.12)(0.99