IQ2002B Dimensionamiento de procesos energéticos
M3 Problemas de transferencia de calor
1. Se va a condensar vapor de agua del lado de la coraza de un
condensador de un paso por la coraza y ocho pasos por los tubos,
con 50 tubos en cada paso, a 30°C. En los tubos entra agua de
enfriamiento (cp=4 180 J/kg °C) a 18°C a razón de 2 200 kg/h.
Los tubos son de pared delgada y tienen un diámetro de 1.5 cm y
una longitud de 2 m por paso. Si el coeficiente de transferencia de
calor total es de 3 000 W/m2°C, determine
a) la razón de la transferencia de calor y
b) la razón de la condensación del vapor.
2. Un intercambiador de calor de flujo cruzado y un solo
paso con fluidos sin mezclar, tiene agua que entra a 16ºC
y sale a 33ºC, mientras que el aceite (cp =1.93 kJ/kg K y
ρ=870 kg/m3) que fluye a 0.19 m3/min entra a 38ºC y sale
a 29ºC. Si el área superficial del intercambiador de calor
es de 20 m2, determine el valor del coeficiente total de
transferencia de calor.
3. Se usa un intercambiador de calor de doble tubo y de flujo paralelo para calentar agua fría
de la llave con agua caliente. El agua caliente (cp =4.25 kJ/kg °C) entra al tubo a 85°C, a
razón de 1.4 kg/s, y sale a 50°C. El intercambiador de calor no está bien aislado y se estima
que se pierde 3% del calor liberado por el fluido caliente. Si
el coeficiente total de transferencia de calor y el área
superficial del intercambiador son 1150 W/m2 °C y 4 m2,
respectivamente, determine la razón de la transferencia de
calor hacia el agua fría y la diferencia media logarítmica de
temperatura para este intercambiador.
4. Aceite caliente (cp = 2 200 J/kg · °C) se va a enfriar por medio de agua (cp =4 180 J/kg ·
°C) en un intercambiador de calor de 2 pasos por la coraza y 12 pasos por los tubos. Éstos
son de pared delgada y están hechos de cobre con un diámetro de 1.8 cm. La longitud de cada
paso de los tubos en el intercambiador es de 3 m y el coeficiente de transferencia de calor
total es de 340 W/m2 °C. Por los tubos fluye agua a una razón total de 0.1 kg/s y por la coraza
fluye el aceite a razón de 0.2 kg/s. El agua y el aceite entran a las temperaturas de 18°C y
160°C, respectivamente. Determine la razón de transferencia de calor en el intercambiador y
las temperaturas de salida de las corrientes del agua y del aceite.
5. Se va a calentar agua (cp =4 180 J/kg °C) por medio de aire calentado (cp =1 010 J/kg °C)
mediante energía solar, en un intercambiador de doble tubo y a contraflujo. El aire entra en
el intercambiador a 90°C, a razón de 0.3 kg/s, en tanto que el agua entra a 22°C, a razón de
0.1 kg/s. Se dice que el coeficiente de transferencia de calor total, con base en el lado interior
del tubo, es de 80 W/m2 °C. La longitud del tubo es de 12 m y el diámetro interno del mismo
de 1.2 cm. Determine las temperaturas de salida del agua y del aire.