Solucionario Cuarta Práctica Calificada Domiciliaria de Transferencia de Calor - Gasper

8/11/2019 Solucionario Cuarta Prctica Calificada Domiciliaria de Transferencia de Calor - Gasper

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SOLUCIONARIO CUARTA PRCTICA CALIFICADA DOMICILIARIA DE

TRANSFERENCIA DE CALOR

Problema N01.

Un alumno de la UNAC en el ao 1998 termina sus prcticas en la planta de productos

manufacturados PRODAC, en la cual por un tema de trmino de prcticas, su jefe de

Mantenimiento le pide un informe de la situacin actual de la torre de enfriamiento de

la planta, para lo cual el alumno empieza a tomar datos operativos de la torre

tenindose as lo siguiente: flujo de agua caliente proveniente de decapado (2.97 kg/s);

desde una temperatura de 92F hasta una temperatura a la salida en la parte baja de la

torre de 19.44C. Las condiciones del aire son las siguientes: Zona de ingresos laterales

horizontalmente del aire: Tentrada (10C), 77% humedad relativa. En la zona de salida

en la parte superior de la torre, Tsalida (80F), 90% de humedad relativa. La reposicin

del agua est dado por (11.66C) con todo esto el alumno indicar en su informe:

NOTA: La densidad del aire es

a. La carga trmica del equipo (BTU/hr)

b.

El flujo de aire que incide desde el medio ambiente (/min)c.

La cantidad de agua evaporada en la torre (Gln/hr)

d. La temperatura de roco tanto a la entrada como en la salida de la torre (C) y su

equivalente en F.


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SOLUCIN

a.- La carga trmica del equipo (BTU/hr)

El rango:

Ahora:

(

) ()

Para las condiciones del aire:

ENTRADA:Se tiene que la Temperatura de Bulbo Seco es 50F, 77%Hr, entoncestrabajando en base a la Tabla de Carta Psicomtrica, se tiene que,

( )


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SALIDA: Se tiene que la Temperatura de Bulbo Seco es 80F, 90%Hr, entoncestrabajando en base a la Tabla de Carta Psicomtrica, se tiene que,

( )

Ahora para la humedad especfica:

ENTRADA:

(

)

( )

SALIDA:

( ) (

)

Analizando las entalpas:


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T(F) 92 67 53

b.- El flujo de aire que incide desde el medio ambiente (/min)Por lo que calculamos:

Y sabiendo que la densidad del aire es igual a:

Ahora el flujo de aire quedara as:

c.- La cantidad de agua evaporada en la torre (Gln/hr)

La cantidad de agua evaporada:


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d.- La temperatura de roco tanto a la entrada como en la salida de la torre (C) y su

equivalente en F.

Para las temperaturas de roco:

ENTRADA: 45F = 7.2C

SALIDA: 77.5F = 25.27C


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Problema N02

Se tiene otro alumno de la UNAC en la planta VOPAK del Callao y le piden la factibilidad

de calcular una torre de enfriamiento para lo cual estando en la planta toma los

siguientes datos: Caudal de agua 1500 lbs/hr, a un ingreso de 82F y una salida de 95F.

De igual forma el aire que ingresar a la torre estar a 105F (Temperatura de Bulbo

Seco) y 85F la Temperatura del Bulbo Hmedo. Los parmetros de salida seran 80F

Temperatura de Bulbo Seco, y 60F la Temperatura del Bulbo Hmedo. El agua de

reposicin estar a 55F, teniendo estos datos el alumno calcular:

NOTA: La densidad del aire es a.

La carga trmica del equipo (BTU/hr)

b. El flujo de aire (/min)c. La cantidad de agua evaporada (Gln/hr)

d.

Las temperaturas de Roco tanto a la salida y entrada.

e.

Los valores de % de humedad a la entrada y salida

SOLUCIN


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a.- La carga trmica del equipo (BTU/hr)

Para la carga trmica del equipo:

El rango: Ahora:

( ) ()


ENTRADA:Trabajando en base a la Tabla de Carta Psicomtrica, se tiene que,

SALIDA:Trabajando en base a la Tabla de Carta Psicomtrica, se tiene que,


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ENTRADA:

(

)

( )

SALIDA:

( ) (

)


T(F) 82 95 55

Por lo que calculamos:

Y sabiendo que la densidad del aire es igual a:


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b.- El flujo de aire (/min)Ahora el flujo de aire quedara as:

c.- La cantidad de agua evaporada (Gln/hr)


d.- Las temperaturas de Roco tanto a la salida y entrada y los valores de % de humedad

a la entrada y salida.

Para las temperaturas de roco:

ENTRADA: 79.5F

SALIDA: 47.5F


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Problema N 3

(Un bachiller FIME-UNAC entra a su ltimo examen de su ciclo de titulacin en el ao

2000) en el curso de equipos trmicos para lo cual la pregunta que define su ttulo

profesional indica lo siguiente: flujo de agua proveniente de la planta industrial es de

(8181.82kg/hr) desde una temperatura de ingreso de (37.78C ) y desciende a una

temperatura de (21.11C ).las condiciones ambientales del aire para evaluar la torre

son, temperatura de salida del aire de la torre (32.22C ) y 95% de humedad relativa y

un agua de reposicin de (43.2C ) . Nota la densidad del aire es la indicada: 1.2kg/m3

(solo para el problema N3), 1m3=35.32pie3

Le pide calcular:

Calcular el flujo de aire demandado por la torre (Lbs/hr), indicar tambin su

equivalencia en (pie3/min).

La cantidad de agua evaporada en la torre (Lbs/hr).

SOLUCIN

A. 37.78C, 8181.82Kg/s

Agua de reposicin, 43.2C (110F)

b. AIRE: 25C(77F),

50%Hr

a. AIRE: 32.22C, 95%Hr

B. 21.11C (70F)


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ENTRADA:Se tiene que la Temperatura de Bulbo Seco es 77F, 50%Hr, entonces

trabajando en base a la Tabla de Carta Psicomtrica, se tiene que,

( )

SALIDA: Se tiene que la Temperatura de Bulbo Seco es 90F, 95%Hr, entonces

trabajando en base a la Tabla de Carta Psicomtrica, se tiene que,

(

)


ENTRADA:


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SALIDA:


T(F) 100 70 110

a.- Calcular el flujo de aire demandado por la torre (Lbs/hr), indicar tambin su

equivalencia en (pie3/min).

Por lo que calculamos:

b.- La cantidad de agua evaporada en la torre (Lbs/hr)



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Problema N 4

Se tiene un intercambiador de calor de coraza y tubo el cual se utiliza para enfriar un

producto aceitoso teniendo el aceite las siguientes propiedades, caudal 9072 Kg/hr, el

coeficiente de capacidad calorfica es de 0.84 . El aceite ingresa al lado coraza a 125C y sale de la coraza a 50 C .El agua ingresa a la coraza por medio de un serpentn a una

temperatura 20 C a razn de 11340 Kg/hr considere para el agua un valor de coeficiente

de capacidad calorfica de 1 de igual forma el coeficiente tota de transferencia de

calor (U= ) con la informacin proporcionada calcular:a.

El calor trasferencia de Calor (But/hr).

b.

El rea de trasferencia de Calor (m2) y en (pulg2).

c. La cantidad de tubos de 1pulg de dimetro interior considerados para el material

que presenta el mismo U de dato si los tubos son comprados a medida comercial

de 6mts.

d.

Los valores de R, S, Fr.

Solucin

Datos:

Aceite

125C 50 C

Agua

20 C C


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Balance de energa

El aceite es fluido caliente y el agua es el fluido frio.

Pero:

a.- El calor trasferencia de Calor (But/hr).

b.- El rea de trasferencia de Calor (m2) y en (pulg2).


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Luego reemplazando todos datos a la siguiente frmula se tiene:

c.- La cantidad de tubos de 1pulg de dimetro interior considerados para el material

que presenta el mismo U de dato si los tubos son comprados a medida comercial de

6mts.

d.- Los valores de R, S, Fr.

De la grfica:


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Problema N 5

Un aceite lubricante con se enfra con agua en un intercambiadortubular. El aceite entra a 93 C y sale 71 C y fluye a razn de 2000 Kg/hr. El agua se

encuentra a 10C y se usan 750 Kg/hr. Determine el rea de transferencia de calor

requerida si el coeficiente es de y el flujo es contracorriente. . Piden calcular:

a)

El rea de trasferencia de Calor (m2) y en (pulg2).

b)

Determinar la media logartmica (LMDT) en contracorriente.

c) Si el problema se plantease como flujo paralelo es decir en corriente paralela

ambos fluidos dar el valor de flujo de calor que se generara si es que fuese

paralelo (Kcal/hr) y tambin el flujo de calor en contracorriente (Kcal/hr).

d)

Los valores de R, S, Fr.

Solucin

Datos:

Aceite

93 C 71 C


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gua

10 C C

Balance de energaEl aceite es fluido caliente y el agua es el fluido frio.

Diferencia Media de Temperatura


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a) El rea de trasferencia de Calor en (m2) y en (pulg2).

b) Determinar la media logartmica (LMDT) en contracorriente.

c) Si el problema se plantease como flujo paralelo es decir en corriente paralela ambos

fluidos dar el valor de flujo de calor que se generara si es que fuese paralelo (Kcal/hr) y

tambin el flujo de calor en contracorriente (Kcal/hr).


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En flujo contracorriente

En flujo paralelo

d) Los valores de R, S, Fr.

De la grfica:

Fr = 0.98


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Preguntas de Teora N 6

6.1.- Qu es el relleno en una torre de enfriamiento?

Tal como ya se menciono tiene por finalidad incrementar el contacto entre el aire y el

agua. En ella se produce el mayor porcentaje de enfriamiento. Estos elementos pueden

ser manufacturados de material plstico, de asbesto, cemento o de madera. Los rellenos

pueden ser del tipo pelicular o del tipo de salpicadura.

Cumplen la funcin de:

Distribuido dentro de la torre suministra el rea superficial para la transferencia de

masa y calor.

Eliminadores de desviacin.

Base recolectora del agua fra.

El agua fra es recogida por la base del fondo.

Desviadores del flujo de aire.

Cubierta de redistribucin.

En torres de flujo cruzado se necesita romper la corriente de agua que baja.

6.2.- Sistema de Distribucin de agua en una torre de enfriamiento

Su funcin es distribuir el agua en forma uniforme sobre todo el relleno de la torre. La

inyeccin de agua puede realizarse por medio de tuberas y toberas o por medio de

canaletas con cada de agua por gravedad.

Los puntos a considerar:

1) Las torres a contracorriente dispersan el flujo a travs de un sistema de distribucin de

spray a baja presin, desde un sistema de tuberas distribuido a lo largo de toda la torre.

2) Los diseos de flujo cruzado tienen un sistema de distribucin del agua caliente por

gravedad a travs del empaque.

3) La eficiencia global de una torre de enfriamiento est directamente relacionada con el

diseo del sistema de distribucin de agua caliente.

4) La consideracin principal en la seleccin del tipo de sistema de distribucin de agua

para una aplicacin especfica es la cabeza a vencer por la bomba.


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6.3- Qu se entiende por humedad relativa?

La humedad relativa es el porcentaje de la humedad de saturacin, que se calcula

normalmente en relacin con la densidad de vapor de saturacin.

Es decir, que la humedad relativa, que la abreviaremos con el smbolo se define como,

EL COCIENTE DE LA PRESION PARCIAL DEL VAPOR EN LA MEZCLA ENTRE LA PRESION DE

SATURACION CORRESPONDIENTE A LA TEMPERATURA DE MEZCLA.

6.4.- Qu se entiende por humedad especfica w?

Es la cantidad de vapor de agua contenido en el aire medido en gramos de vapor por

kilogramo de aire hmedo (g/kg).

Es otro parmetro que nos da un ndice del contenido de vapor en una mezcla de gases y

vapores. Se define como el cociente de la masa de vapor en la mezcla entre la masa de

aire seco. Es decir:

:

Sustituyendo en la ecuacin de humedad especfica, se tiene:

En esta ltima ecuacin, tenemos que:

Dnde: /= 0.622

Luego:


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6.5.- Qu es un economizador aplicado a un equipo trmico de vapor?

Los economizadores se instalan en el flujo de gas de escape de la caldera; toman calor de

los gases del tiro y lo transfieren por medio de elementos de superficie extendida al agua

de alimentacin inmediatamente antes de la entrada a la caldera. Por tanto, los

economizadores aumentan la eficiencia de la caldera y tienen la ventaja adicional de

reducir el choque trmico.

En las calderas de tubo de agua los economizadores pueden incorporarse en la estructura

de la caldera o suministrarse como unidad independiente. En las calderas de casco son

unidades discretas instaladas entre la salida del gas de tiro de la caldera y la chimenea.

La figura es un diagrama de una unidad de este tipo. Se pueden usar economizadores para

calderas de corriente tanto forzada como inducida y en ambos casos debe tenerse en

cuenta la cada de presin por el economizador al determinar el tamao de los

ventiladores.


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6.6.- Qu ventajas da el uso de un economizador?

Las ventajas son:

- Incremento de la eficiencia trmica de la caldera.

- Disminucin del coste econmico.

- Reduccin de la emisin de gases a la atmsfera.

- Ahorro de combustible. 4 - 7 %

- Alivio del shock trmico del agua de alimentacin.

- Mejora la estabilidad trmica de la caldera.

6.7.- Realizar un diagrama del circuito de un Equipo Economizador en un caldero a

vapor.

El circuito sera:

6.8.- Qu se busca con la combustin de combustibles?

Segn que el combustible sea carbn o un combustible lquido o gaseoso la forma de los

hogares varan pero, en ambos tipos, los gases de combustin son obligados a pasar por el

interior de unos tubos que se encuentran sumergidos en el interior de una masa de agua.

Todo el conjunto, agua y tubos de gases, se encuentra rodeado por una carcasa exterior.

Economizador


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Los gases calientes al circular por los tubos ceden el calor sensible, el cual se transmite a

travs del tubo pasando al agua, que se calienta, al mismo tiempo que la parte del agua

ms prxima a los tubos se vaporiza.

La presin de trabajo no excede de 29kg/cm2 y la mxima produccin de vapor suele ser

del orden de 25t/h.

En funcin del combustible, se distinguen dos tipos de calderas pirotubulares:

Calderas pirotubulares de carbn. Las calderas diseadas para quemar carbn tienen un

hogar amplio donde, por lo tanto, se originan prdidas importantes de calor por

conveccin y radiacin, siendo imprescindible un buen aislamiento en el hogar. Estas

calderas se pueden utilizar tambin para la combustin de otros combustibles slidos.

Calderas pirotubulares para combustibles lquidos o gaseosos'. Se diferencian,

bsicamente, de las anteriores en el tamao y/o la situacin del hogar. A su vez pueden

ser de dos tipos:

De hogar integral: El combustible quemado es lquido o gas, por lo que se obtiene una

llama alargada por la parte baja del hogar, que es mucho ms pequeo que en las calderas

de carbn.

Compacta con tubo hogar: En estas calderas existe un tubo central sumergido en el agua,

el cual hace de hogar. Los gases de combustin ceden calor a este tubo por radiacin.

Posteriormente son obligados a pasar por el resto de los tubos menores que tambin

estn sumergidos en agua.

6.9.- Qu es el arco elctrico?

En electricidad se denomina arco elctrico o tambin arco voltaico a la descarga elctricaque se forma entre dos electrodos sometidos a una diferencia de potencial y colocados en

el seno de una atmsfera gaseosa enrarecida, normalmente a baja presin, o al aire libre.

Aplicaciones del Arco Elctrico


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Los efectos calorficos del arco elctrico se emplean en la industria para soldaduras de

metales y otros diversos procedimientos metalrgicos.

En este tipo de aplicaciones, el intenso calor generado por el arco elctrico suele usarse

en hornos especiales para fundir materiales refractarios. En estos hornos pueden

alcanzarse fcilmente temperaturas del orden de los 3.500 C. Esto tambin permite

fundir productos con un punto de fusin muy alto. Mediante este procedimiento se logra

una gran ventaja por la completa independencia para elegir los productos a aplicar

(esponja de hierro, arrabio, chatarra, o cualquier tipo de mezcla).

6.10.- Esquematice un punto de roci que se vea la temperatura y presin y la

temperatura de roci.

Curvas de roco en diagrama Presin y Temperatura


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Problema 7

Se tiene un caldero a vapor de 150 BHP el cual en su bomba da un presin equivalente

la presin de operacin de la caldera 150 Psi, el agua de alimentacin de la caldera

inicialmente es de 50 C, sin embargo se plante utilizar un economizador en la parte

superior de la chimenea de la caldera para esto se tiene lo siguiente la temperatura de

los gases al ingreso del economizador es de 250 C y a la salida de este es de 190 C, se

debe de considerar Cp del agua a 1 Kcal/kg. C. El flujo o volumen de los gases de

chimenea igual a 3 m3/hr de mezcla de aire. El Cp de los gases idealmente ser:

., la densidad que se debe considerar de la mezcla airey escoria de ceniza ser: 1.6 Kg/m3. Con los datos indicados nos piden calcular:

Cul es la Temperatura que ingresa el agua despus de pasar por el

economizador (C)

Cul es el T gracias a este paso de agua de la caldera por el economizador (C).

Cul es la longitud de serpentn a utilizar de tubera de pulg si se conoce que

U= 220 Kcal/hr.m2. C. dar l respuesta en (mts)

Cuntas aletas tiene el serpentn si por cada metro del fabricante pone 50

aletitas de metal.

Dato: 1 BHP = 34.5 Lbs/hr; 1 Kg = 2.2 Lbs; 1 Gln = 3.74 lts.

Solucin

Datos


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Cul es la Temperatura que ingresa el agua despus de pasar por el economizador (C).

Por Balance Trmico:

Cul es la longitud de serpentn a utilizar de tubera de pulg si se conoce que U= 220

Kcal/hr.m2. C. dar l respuesta en (mts)

Cuntas aletas tiene el serpentn si por cada metro del fabricante pone 50 aletitas de

metal.

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