Post on 17-Sep-2015
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Se desea disear un intercambiador de calor de tubo y coraza, para calentar agua con un flujo de3,8 [Kg/s] desde 37,8 [C] a 54 [C]. Por el lado d e la coraza se utiliza un paso en el que circulaagua caliente con un flujo de 1,9 [Kg/s] que entra con una temperatura de 93 [C]. El coeficienteglobal de TC es 1419 [W/m2C] y la velocidad promedio dentro de los tubos de 3/4'' es 0,366 [m/s]El espacio disponible para instalar el intercambiador determina que la longitud de los tubos nodebe ser superior a 2,5 [m]. Determinar si el intercambiador de calor de un solo paso cumple conel requisito del espacio, si no es as, determinar el nmero de pasos y el nmero de tubos porpaso. (Si se utiliza ms de un paso en la coraza, el factor de correccin para la temperatura es:Para un intercambiador 1-2 Ft = 0,88 y para un intercambiador 2-4 Ft = 0,92).DATOS
Agua fra (tubos) Agua caliente Factores de correccin detemperaturas:
mf 3.8kgs
:=mc 1.9
kgs
:=
Ft12 0.88:=Tf1 310.8K:= Tc1 366K:=
Ft24 0.92:=Tf2 327K:= Ue 1419
W
m2 K
:=
v 0.366 ms
:=cp 4186 J
kg K:=
d 0.75in:= d 19.05 mm=
SOLUCIN
Balance trmico en el Intercambiador de Calor:
Calor ganado por el agua fra = Calor cedido por el agua caliente = Calor transmitido en el IC
Para el caso del agua fra se tiene:
Qf mf cp Tf2 Tf1( ):= Qf 2.577 105 W=Para el agua caliente:
Qc mc cp Tc1 Tc2( )= Qc Qf:=Tc2 Tc1
Qcmc cp
:= Tc2 333.6 K=
Para el calor transmitido:
TCCTc1 Tf2( ) Tc2 Tf1( )
lnTc1 Tf2
Tc2 Tf1
:= TCC 30.179 K=
Qt Qf:=
Qt Ae Ue Tcc=
AeQt
Ue TCC:= Ae 6.017 m
2=
Ahora bien, por Mecnica de Fluidos, el rea necesaria para garantizar el flujo de 3,8 [Kg/s] deagua fra a una velocidad de 0,366 [m/s] es:
mf agua v A= agua 1000kg
m3
:=
Amf
agua v:= A 0.01 m2=
Como se disponen de tubos de 3/4 de dimetro, el nmero de tubos es:
A ntpi
4 d2=
ntApi
4d2
:= nt 36.427=
Se toma el valor de: n 37:=
Por lo tanto, la longitud de cada tubo es:
Ae pi d L n=
LAepi d n
:= L 2.717 m= L 2.5m>
Como la longitud excede 2,5 [m], ahora se calcula un intercambiador 1-2
Qt Ae Ue Ft TCC=
Ae12Qt
Ue Ft12 TCC:= Ae12 6.838 m
2=
En este caso, la longitud es:
Ae12 pi d L 2 n( )=
L12Ae12
pi d 2 n( ):= L12 1.544m= L 2.5m