UES-FIA-EIQA-OPU-215
DISCUSIÓN UNIDAD II 1. Calcular los coeficientes globales de transferencia de calor, basados en las áreas interior y exterior, para los casos que se indican a continuación. Todos los coeficientes individuales están expresados en las unidades habituales del sistema si stema ingenieril inglés: Caso 1. Agua a 50 ºC circulando por el tubo de un condensador de 3/4 plg. 16 BWG con una velocidad de 15 pie/s y vapor de agua saturado a 220°F que condensa en el exterior del tubo, hi = 2150, ho = 2500, Km = 69. Caso 2. Benceno a la presión atmosférica condensa sobre el exterior de una tubería de acero de 1”. Cédula 40, por el interior de la cual circula aire a 60°F con una velocidad de
20 pie/seg, hi = 5, ho = 225, Km = 26. Caso 3. Condensación de gotas de vapor de agua a una presión manométrica de 50 psi sobre una tubería de acero de 1 plg, Cédula 40, por el interior de la cual circula un aceite con velocidad de 3 pie/seg, ho = 14000, hi = 130, Km = 26. 2. Se desea calentar 230 Kg/h de agua de 35ºC a 93°C con un aceite (Cp = 2.1 KJ/Kg°C) que tiene una temperatura inicial de 175°C. 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-ºC A = 0.47 m2 Cambiador 2: U = 370 W/m2-ºC A = 0.94 m2 ¿Qué cambiador debe usarse? 3. En un cambiador de calor de flujo a contracorriente entra agua a 99°C. Se utiliza para calentar una corriente de agua fría de 4ºC a 32°C. El flujo de la corriente fría es 1.3 Kg/s, y el flujo de la corriente caliente es 2.6 Kg/s. El coeficiente de transferencia de calor total es 830 W/m2-ºC. ¿Cuál es el área del cambiador de calor? 4. Cien mil libras por hora de agua van a pasar a través de un cambiador de calor que va a elevar la temperatura del agua de 140°F a 200°F. Los productos de combustión, cuyo calor específico es de 0.24 BTU/lb-°F están disponibles a 800°F. El coeficiente total de transferencia de calor es de 12 BTU/h-pie 2-ºF. Si se dispone de 100000 lb/h de productos de combustión, determine: a) La temperatura de salida del gas del conducto. b) El área requerida de transferencia de calor para un cambiador de contraflujo. 5. Un cambiador de calor de doble tubo y flujo a contracorriente se usará para calentar 0.6 Kg/s de agua de 35ºC a 90°C con un flujo de aceite de 0.9 Kg/s. El aceite tiene un calor específico de 2.1 KJ/Kg-°C y entra entra al cambiador de calor a una temperatura de 175°C. El coeficiente de transferencia de calor total es 425 W/m 2-ºC. Calcule el área de transferencia de calor. 6. Un pequeño cambiador de calor de chaqueta y tubo con un paso de tubo (A = 4.64 m2 y U = 280 W/m2-ºC) se usará para calentar agua a alta presión empezando a 20°C con aire caliente inicialmente a 260°C. Si la temperatura de salida del agua no debe exceder de 93°C y el flujo de aire es de 0.45 Kg/s, calcule el flujo de agua. 7. 10000 lb/h de benceno frío se calientan bajo presión desde 100°F enfriando 9000 lb/h de nitrobenceno a una temperatura de 220°F. La transferencia de calor se lleva a cabo en un aparato de tubos concéntricos, que tiene una tubería in terna de 1.25” y 240 pies de largo. Otras pruebas en equipos similares de transferencia de calor y entre los mismos líquidos indican que un valor de U = 120 BTU/h-pie 2-ºC basado en el área externa del tubo interior es aceptable. a) ¿Qué temperatura de salida se pueden esperar en una operación a contracorriente? b) ¿Qué temperatura de salida se alcanza en flujo fluj o paralelo?
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8. Se quiere enfriar ácido sulfúrico (Cp = 0.36 BTU/gr-°C) fluyendo a 4550 Kg/h, en un enfriador en contracorriente de dos etapas del siguiente tipo: El ácido caliente a 174°C es conducido a un depósito donde se agita en contacto con serpentines de enfriamiento; el ácido abandona este depósito en forma continua a 88°C y se introduce en un segundo depósito donde es agitado y enfriado de forma análoga, abandonándolo a 45°C. El agua de refrigeración a 20°C entra en los serpentines del segundo depósito y de allí pasa a los serpentines del primer depósito. El agua está a 80ºC al abandonar estos últimos serpentines. Calcular el área total de la superficie de enfriamiento necesaria, suponiendo U igual a 980 y 635 (Kcal/h-m 2-ºC) para los depósitos caliente y frío, respectivamente. Desprecie las pérdidas de calor. 9. Se desea diseñar un cambiador de calor adiabático, para enfriar de una forma continua 50000 Kg/h de una solución desde 66°C a 39°C, empleando 45000 Kg/h de agua de refrigeración, disponible a la temperatura de 10°C. El calor específico de la solución es de 0.91 Kcal/Kg-°C y el coeficiente global de transferencia de calor se puede suponer igual a 1959 Kcal/h-m2-ºC. Calcular el área de la superficie de transferencia de calor necesaria para: a) Flujo de corrientes paralelas. b) Flujo de contracorrientes. 10. Se desea enfriar anilina desde 200º hasta 150°F en un cambiador de tubos concéntricos cuya área total exterior es de 70 ft2. Para el enfriamiento se dispone de una corriente de 3600 lb/h de tolueno a la temperatura de 100°F. El cambiador consta de una tubería 1.25” y una tubería de 2” ambas Cd 40. La velocidad de flujo de la anilina es de
10000 lb/h. a. Para el flujo en contracorriente, calcular la temperatura del tolueno a la salida, la diferencia de temperatura media logarítmica y el coeficiente global de transmisión de calor. b. Si el coeficiente global de transmisión de calor es de 72 BTU/hr-pie 2-ºF, calcule la cantidad (lb/h) de anilina que se puede enfriar.
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