TAREA 3 DE OPERACIONES UNITARIAS GESTION 2/2021
1.- Se calienta etilenglicol desde 20°C hasta 40°C a razón de 1 kg/s, en un tubo horizontal de cobre (k = 386
W/m · K) que tiene un diámetro interior de 2.0 cm y uno exterior de 2.5cm. Un vapor saturado (Tg = 110°C) se
condensa sobre la superficie del tubo exterior, con el coeficiente de transferencia de calor (en kW/m2 · K) dado
por 9.2(Tg ─ Tw)0.25, donde Tw es la temperatura promedio de la pared del tubo exterior. ¿Qué longitud de tubo se
debe usar? Tome las propiedades del etilenglicol como ρ = 1 109 kg/m3, cp = 2 428 kJ/kg · K, k = 0.253 W/m ·
°C, μ = 0.01545 kg/m · s y Pr = 148.5.
2.- Un flujo de hidrocarbono (cp = 2.2 kJ/kg · K) se enfría a razón de 720 kg/h, desde 150°C hasta 40°C, al
pasar por el tubo interior de un intercambiador de calor de tubo doble a contraflujo. Entra agua (cp = 4.18 kJ/kg
· K) al intercambiador a 10°C, a razón de 540 kg/h. El diámetro exterior del tubo interior es de 2.5 cm y su
longitud es de 6.0 m. Calcule el coeficiente total de transferencia de calor.
3.- Se usa un intercambiador de un paso por el casco y ocho pasos por los tubos para calentar glicerina (cp =
0.60 Btu/lbm · °F) desde 65°F hasta 140°F por medio de agua caliente (cp = 1.0 Btu/lbm · °F) que entra en los
tubos de pared delgada y de 0.5 in de diámetro a 175°F y sale a 120°F. La longitud total de los tubos en el
intercambiador es de 500 ft. El coeficiente de transferencia de calor por convección es de 4 Btu/h · ft2 · °F
en el lado de la glicerina (el casco) y de 50 Btu/h · ft2 · °F en el lado del agua (el tubo). Determine la razón de la
transferencia de calor en el intercambiador a) antes de que se tenga incrustación y b) después de que se forma
incrustación, con un factor de 0.002 h · ft2 · °F/Btu, sobre las superficies exteriores de los tubos.
4.- Se usa un intercambiador de calor largo, de tubo doble y pared delgada, con diámetros del tubo y del casco
de 1.0 cm y 2.5 cm, respectivamente, para condensar refrigerante 134a por medio de agua a 20°C. El
refrigerante fluye por el tubo, con un coeficiente de transferencia de calor por convección de hi = 5 000 W/m2 ·
°C. Por el casco fluye agua a razón de 0.3 kg/s. Determine el coeficiente de transferencia de calor total de este
intercambiador.
5.- Agua (cp = 4 180 J/kg · °C) entra a 17°C y a razón de 3 kg/s a un intercambiador de calor de tubo doble y a
contraflujo que tiene un tubo con un diámetro interno de 2.5 cm. Esta agua se calienta por medio de vapor de
agua en condensación a 120°C (hfg = 2 203 kJ/kg) en el casco. Si el coeficiente de transferencia de calor total
del intercambiador es de 1 500 W/m2 · °C, determine la longitud del tubo requerido para calentar el agua hasta
80°C.
6.- Un intercambiador de calor de tubos concéntricos 2x1IPS cat.40 de acero 4 horquillas y 3 m de longitud de
paso, calienta 3400 lb/hr de alcohol etílico comercial desde 15oC a 50oC con 2300 lb/hr de agua caliente a 90oC,
si al intercambiador se le quita una horquilla a que temperatura saldrá el agua y cuál será la disminución de
transferencia de calor?
7.- Un intercambiador de calor de flujo cruzado con ambos fluidos sin mezclarse, tiene un coeficiente total de
transferencia de calor 200W/ m2·K y el fluido caliente tiene una capacidad calorífica de 40000W/K, mientras
que el fluido frio tiene una capacidad calorífica de 80000W/K. Si las temperaturas de entrada de los fluidos
caliente y frio son 176oF y 680F respectivamente, determine la temperatura de salida del fluido frio.
8.- Un intercambiador de calor de tubos concéntricos de 4 horquillas y 3 m de longitud de paso 2x1 cat.80 de
acero calienta 3100 lb/h de acetona pura de 15oC – 60oC con 2400 lb/h de agua a 90oC por anulo, al cabo de un
año de funcionamiento ¿Después de la limpieza que cantidad de acetona se puede calentar?
9.- Un intercambiador de doble tubo se sobre diseñó debido a que no había datos disponibles respecto a la
velocidad en la que se acumulaba lodo, el intercambiador se diseñó originalmente para enfriar 13000 lb/hr de
ácido acético de 250 – 150 oF con 19000lb/hr de alcohol butílico de 100 – 157 oF se empleó un coeficiente de
diseño igual a Uo = 85 BTU/hr ft2 oF ,pero durante la operación inicial se obtuvo una temperatura de 117oF a la
salida del fluido caliente y aumento durante la operación a una velocidad promedio de 3 oF/mes ¿ Que factor de
obstrucción debió especificarse para un ciclo de 6 meses?
10.- Se usa un intercambiador de calor de casco y tubos con dos pasos por el casco y doce pasos por los tubos
para calentar alcohol etílico (cp = 2 670 J/kg · °C) en los tubos, de 25°C hasta 70°C, a razón de 2.1 kg/s. El
calentamiento se va a realizar por medio de agua (cp = 4 190 J/kg · °C) que entra en el casco a 95°C y sale a
60°C. Si el coeficiente de transferencia de calor total es de 800 W/m2 · °C, determine el área superficial de
transferencia del intercambiador, aplicando a) el método DTLM y b) el método ε-NTU.
