NTU Y EFICIENCIA

Vista previa del material en texto

1.3. Transferencia de calor: Intercambiadores 
de calor
Método de la efectividad (NTU):
Método adecuado para determinar la tasa de transferencia de calor y la
temperatura de salida de los fluidos caliente y frío a partir del
conocimiento del flujo másico y un intercambiador conociendo las
temperaturas de entrada y salida de los fluidos caliente y frío y el tipo y
tamaño del intercambiador.
Cengel, Y. A. (2011). Transferencia de Calor y Masa. 4ta ed. McGRAW-HILL/INTERAMERICANA EDITORES, S.A. DE C.V. México, D.F.
1.3. Transferencia de calor: Intercambiadores 
de calor
Efectividad de la transferencia de calor:
, , , ,
, ,
Cengel, Y. A. (2011). Transferencia de Calor y Masa. 4ta ed. McGRAW-HILL/INTERAMERICANA EDITORES, S.A. DE C.V. México, D.F.
1.3. Transferencia de calor: Intercambiadores 
de calor
Para determinar se requieren
las temperaturas de entrada de los
fluidos caliente y frío y sus flujos
másicos, de ahí:
Número de unidades térmicas (NTU):
Cengel, Y. A. (2011). Transferencia de Calor y Masa. 4ta ed. McGRAW-HILL/INTERAMERICANA EDITORES, S.A. DE C.V. México, D.F.
1.3. Transferencia de calor: Intercambiadores 
de calor
Cengel, Y. A. (2011). Transferencia de Calor y Masa. 4ta ed. McGRAW-HILL/INTERAMERICANA EDITORES, S.A. DE C.V. México, D.F.
1.3. Transferencia de calor: Intercambiadores 
de calor
Selección de intercambiadores de calor:
El análisis de intercambiadores introduce diferentes consideraciones en el cálculo de U (constante a
lo largo del intercambiador, etc.) Error en los valores calculados de U puede ser >30%.
Incrementar la tasa de transferencia de calor en intercambiadores de calor Aumento de la caída
de presión que implica una demanda de potencia de bombeo más alta.
Cualquier ganancia en la mejora de la transferencia de calor debe valorarse con el incremento
asociado del costo de la caída de presión.
Hay que definir que fluido pasa por el interior de los tubos y cuál por el lado de la coraza:
generalmente, el fluido más viscoso pasa por el lado de la coraza (un área de flujo mayor menor
caída de presión), y el fluido a mayor presión por el lado de los tubos.
Cengel, Y. A. (2011). Transferencia de Calor y Masa. 4ta ed. McGRAW-HILL/INTERAMERICANA EDITORES, S.A. DE C.V. México, D.F.
1.3. Transferencia de calor: Ejemplos resueltos 3
Un tubo largo de vapor de agua, de 10 cm de diámetro,
tiene una temperatura superficial exterior de 110°C y
esta expuesta al viento. El aire, a 1 atm y 30°C, fluye
alrededor del tubo a 8 m/s. Determine:
a) El flujo de calor por unidad de longitud que pierde el
tubo
Cengel, Y. A. (2011). Transferencia de Calor y Masa. 4ta ed. McGRAW-HILL/INTERAMERICANA EDITORES, S.A. DE C.V. México, D.F.
C = 8
m
s
T = 30°C
1.3. Transferencia de calor: Ejemplos resueltos 3
Datos:
d = 10 cm
Cengel, Y. A. (2011). Transferencia de Calor y Masa. 4ta ed. McGRAW-HILL/INTERAMERICANA EDITORES, S.A. DE C.V. México, D.F.
C = 8
m
s
T = 30°C
1.3. Transferencia de calor: Ejemplos resueltos 3
Solución:
Propiedades del aire ( ):
;
a) Flujo de calor por unidad de longitud del tubo
(los cálculos se realizan para L = 1 m)
Cengel, Y. A. (2011). Transferencia de Calor y Masa. 4ta ed. McGRAW-HILL/INTERAMERICANA EDITORES, S.A. DE C.V. México, D.F.
C = 8
m
s
T = 30°C
1.3. Transferencia de calor: Ejemplos resueltos 3
Solución:
Cengel, Y. A. (2011). Transferencia de Calor y Masa. 4ta ed. McGRAW-HILL/INTERAMERICANA EDITORES, S.A. DE C.V. México, D.F.
C = 8
m
s
T = 30°C
1.3. Transferencia de calor: Ejemplos resueltos 3
Solución:
Cengel, Y. A. (2011). Transferencia de Calor y Masa. 4ta ed. McGRAW-HILL/INTERAMERICANA EDITORES, S.A. DE C.V. México, D.F.
C = 8
m
s
T = 30°C
1.3. Transferencia de calor: Ejemplos resueltos 3
Solución:
Cengel, Y. A. (2011). Transferencia de Calor y Masa. 4ta ed. McGRAW-HILL/INTERAMERICANA EDITORES, S.A. DE C.V. México, D.F.
C = 8
m
s
T = 30°C
1.3. Transferencia de calor: Ejemplos resueltos 4
Se utiliza un intercambiador de tubo doble
para un flujo de 250 L/h de leche desde
38.6°C hasta 13°C en una vaquería, para
poder almacenarla. Se utiliza un flujo de
0.72 m3/h de agua a 10°C. El diámetro del
tubo interior es de 20 mm. Determine:
a) La temperatura de salida del agua
b) El diámetro de tubo exterior y la
longitud requerida por el
intercambiador de calor
T = 38.6 °C
V̇ = 250
T = 10 °C
V̇ = 0.72
d = 20 mm
1.3. Transferencia de calor: Ejemplos resueltos 4
Datos:
T = 38.6 °C
V̇ = 250
T = 10 °C
V̇ = 0.72
d = 20 mm
1.3. Transferencia de calor: Ejemplos resueltos 4
Propiedades de la leche:
http://slideplayer.com/slide/3784468/12/images/45/Thermal+conductivity.+Specific+heat.+Density.+Viscosity.+Temperature.+(J+m-1+s-1+%C2%B0C-1)+(kJ+kg-1+%C2%B0C-1).jpg
1.3. Transferencia de calor: Ejemplos resueltos 4
Propiedades del agua:
Consideremos que el agua
tiene una temperatura
promedio de 25 C:
Bergman, T. L., & Incropera, F. P. (2011). Fundamentals of heat and mass transfer. John Wiley & Sons
1.3. Transferencia de calor: Ejemplos resueltos 4
Solución:
a) Temperatura del agua.
Del balance de energía:
donde:
Del balance de energía del agua:
donde: .
𝟒
1.3. Transferencia de calor: Ejemplos resueltos 4
Solución:
b)Diámetro exterior del tubo y longitud del
intercambiador. Probando con :
.
.
Re =
C . ρ d
μ
=
0.22 1,030 0.02
.
.
.
1.3. Transferencia de calor: Ejemplos resueltos 4
Solución:
.
.
.
. 69
1.3. Transferencia de calor: Ejemplos resueltos 4
Solución:
𝐨
1.3. Transferencia de calor: Ejemplos resueltos 4
T = 38.6 °C
ṁ = 0.072
T = 10 °C
ṁ = 0.2
d = 20 mm
d = 30 mm
T = 18.6 °C
T = 13 °C
L = 45 m
1.3. Transferencia de calor: Propuestos
Equipo #1:
Un intercambiador de calor de tubos
concéntricos se utiliza para condensar
refrigerante 134a a 40°C que fluye por
el ánulo con un coeficiente de
transferencia de calor por convección
de
℃
. Por el tubo interior, de 1
cm de diámetro y paredes delgadas,
fluyen 0.3 kg/s de agua a 20°C. El
diámetro del tubo exterior es de 2.5 cm.
Determine:
a) El coeficiente de transferencia de
calor del agua
b) El coeficiente global de
transferencia de calor del
intercambiador
c) La longitud del intercambiador
para calentar el agua a 30°C
d) La generación de entropía en el
intercambiador
1.3. Transferencia de calor: Propuestos
Equipo #1:
Un intercambiador de calor de tubos
concéntricos se utiliza para condensar
refrigerante 134a a 40°C que fluye por
el ánulo con un coeficiente de
transferencia de calor por convección
de
℃
. Por el tubo interior, de 1
cm de diámetro y paredes delgadas,
fluyen 0.3 kg/s de agua a 20°C. El
diámetro del tubo exterior es de 2.5 cm.
Determine:
a) El coeficiente de transferencia de
calor del agua
b) El coeficiente global de
transferencia de calor del
intercambiador
c) La longitud del intercambiador
para calentar el agua a 30°C
d) La generación de entropía en el
intercambiador