Este documento describe el cálculo de la transferencia de calor entre dos fluidos en un intercambiador de calor de tubos y coraza. Se calculan la tasa de transferencia de calor, los gastos de masa de los fluidos y el factor de incrustación debido al depósito de sólidos en los tubos.
1. OPERACIONES UNITARIAS II
Elaborado por Univ. Maycol Teofilo Ortega Vera
11-136 Se usa un intercambiador de calor de dos pasos por la coraza y cuatro pasos por los tubos
para calentar un flujo de hidrocarbono (𝐂 𝐏 = 𝟐. 𝟎 𝐊𝐉 𝐊𝐠𝐊⁄ ) de manera continua, desde 20°C
hasta 50°C. Un flujo de agua entra por el lado del casco a 80°C y sale a 40°C. Se tienen 160 tubos
de pared delgada, cada uno con un diámetro de 2.0 cm y una longitud de 1.5 m. Los coeficientes
de transferencia de calor del lado del tubo y del lado de la coraza son 1.6 y 2.5 𝐊𝐖 𝒎 𝟐
𝐊⁄ ,
respectivamente, a) Calcule la razón de la transferencia de calor y los gastos de masa de los flujos
de agua y de hidrocarbono. b) Con el tiempo de uso, se encuentra que la temperatura de salida
del flujo de hidrocarbono decrece en 5°C debido al depósito de sólidos sobre la superficie del tubo.
Estime la magnitud del factor de incrustación.
Solución
Datos Incógnitas
2 pasos por la coraza a) 𝑄̇ =? 𝑚 𝑓̇ =? 𝑚 𝑐̇ =?
4 pasos por los tubos b) 𝑆𝑖: 𝑇𝑓2
́̇ = 𝑇𝑓2
− 5 ℃ 𝑅𝑓 =?
Fluido frio “hidrocarbono”
𝐶 𝑝 = 2,0
𝐾𝐽
𝐾𝑔𝐾
𝑇𝑓1
= 20 ℃ 𝑇𝑓2
= 50 ℃
Fluido caliente “𝑯 𝟐 𝑶”
𝑇𝐶1
= 80 ℃ 𝑇𝐶2
= 40 ℃
𝑁 = 160 𝑡𝑢𝑏𝑜𝑠
𝐷 = 2,0 (𝑐𝑚) = 0,02 (𝑚)
𝐿 = 1,5 (𝑚)
ℎ 𝑓 = 1,6
𝐾𝑤
𝑚2 𝐾
ℎ 𝑐 = 2,5
𝐾𝑤
𝑚2 𝐾
P/ hidrocarbono “HC”
𝐶 𝑝 𝐻𝐶
= 2,0
𝐾𝐽
𝐾𝑔𝐾
P/ “𝐻2 𝑂”
𝑇̅ =
𝑇𝐶1
+ 𝑇𝐶2
2
=
(80 + 40)℃
2
= 60 ℃
Calculo de la propiedad de la tabla A-2
𝐻2 𝑂
Hidrocarbono
Pasos por la carcaza
Pasos por los tubos