NOMBRE:
Rebeca Lascano
FECHA:
Latacunga, 10 de febrero de 2016
ASIGNATURA:
Transferencia de Calor II
REFERENCIAS
Yunus A. Cengel. Transferencia de Masa y Calor. Tercera Edición. Mc Graw
Hill. Mexico pag 656.
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Son problemas de termo para estudiar y así
Tipo: Ejercicios
2019/2020
1 / 29
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NOMBRE:
Rebeca Lascano
FECHA:
Latacunga, 10 de febrero de 2016
ASIGNATURA:
Transferencia de Calor II
REFERENCIAS
Yunus A. Cengel. Transferencia de Masa y Calor. Tercera Edición. Mc Graw
Hill. Mexico pag 656.
11.42 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 2.5 cm. Un vapor saturado (Tg = 110°C) se condensa sobre la
superficie del tubo exterior, con el coeficiente de transferencia de calor (en kW/m
2
·K) dado por 9.2 (𝑇
𝑔
𝑤
- 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.
𝑝
𝑒
𝑖
𝐶
3
)[𝜋( 0. 02 𝑚)
2
/ 4 )]
𝑒
3
- 8
- 4
- 8
- 4
𝑖
2
𝑜
𝑔
𝑤
− 0. 25
− 0. 25
2
11.43 Se usa un intercambiador de calor de tubo doble 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.
ℎ
= [𝑚̇ 𝐶
𝑝
1
2
)]
1
ℎ
= ( 1. 4 𝐾𝑔/𝑠)( 4. 25 KJ/KgªC)( 85 − 50 )℃ = 208. 3 𝐾𝑤
𝑒
ℎ
𝑚𝑙
𝑚𝑙
11.44 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.
[
2
1
]
𝐻𝐶
[
2
1
]
𝑎
𝑎
𝑎
1
ℎ𝐻𝐶
𝑐𝑎
2
ℎ𝐻𝐶𝑠
𝑐𝑠
𝑚𝑙
1
2
ln(∆𝑇
1
2
ln( 62. 8 / 30 )
𝑚𝑙
2
11.47 Se va a calentar agua (cp =4 180 J/kg · °C) en un intercambiador de tubo doble y
flujo paralelo, desde 25°C hasta 60°C, a razón de 0.2 kg/s. El calentamiento se va a
realizar por medio de agua geotérmica (cp =4 310 J/kg · °C) de la que se dispone a
140°C con un gasto de masa de 0.3 kg/s. El tubo interior es de pared delgada y tiene
un diámetro de 0.8 cm. Si el coeficiente de transferencia de calor total del
intercambiador es de 550 W/m
2
· °C, determine la longitud del intercambiador
requerido para lograr el calentamiento deseado.
= [𝑚̇ 𝐶𝑝(𝑇
2
1
)]
𝑎𝑔𝑢𝑎
[
1
2
]
𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑔𝑒𝑜𝑡𝑒𝑟𝑚𝑖𝑐𝑎
2
1
1
ℎ 1
𝑐 1
2
ℎ 2
𝑐 2
𝑠
𝑚𝑙
𝑠
𝑚𝑙
2
𝑠
𝑠
2
1
1
1
1
2
2
1
𝑖
𝑜
2
𝑠
𝑙𝑚,𝐶𝐹
b.)
𝑖
𝑖
𝑓
𝑖
𝑜
𝑜
𝑠
𝑠
2
𝑠
𝑚𝑙,𝐶𝐹
11.52 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.
[
2
1
]
𝑎𝑔𝑢𝑎
1
ℎ 1
𝑐 2
2
ℎ 2
𝑐 1
𝑚𝑙
1
2
ln(∆𝑇
1
2
ln( 40 − 103 )
𝑖
𝑖
𝑚𝑙
𝑖
𝑖
𝑚𝑙
2
𝑖
𝑖
𝑖
𝑖
11.59 Se va a calentar glicerina (cp =2 400 J/kg · °C) a 20°C y a razón de 0.3 kg/s por
medio de etilenglicol (cp =2 500 J/kg · °C) que está a 60°C, en un intercambiador
de calor de tubo doble, pared delgada y flujo paralelo. La diferencia de temperatura
entre los dos fluidos es de 15°C a la salida del intercambiador. Si el coeficiente de
transferencia de calor total es de 240 W/m2 · °C y el área superficial de esta
transferencia es de 3.2 m2, determine a) la razón de la transferencia de calor, b) la
temperatura de salida de la glicerina y c) el gasto de masa del etilenglicol.
a.)
1
ℎ 1
𝑐 2
2
ℎ 2
𝑐 1
𝑚𝑙
1
2
ln(∆𝑇
1
2
𝑠
𝑚𝑙
b.)
[
2
1
]
𝑔𝑙𝑖𝑐𝑒𝑟𝑖𝑛𝑎
2
1
c.)
[
2
1
]
𝑒𝑡𝑖𝑙𝑒𝑛𝑔𝑙𝑖𝑐𝑜𝑙
2
1
11.70 Se van a usar los gases de escape calientes de un motor diesel estacionario para
generar vapor en un evaporador. Los gases de escape (cp = 1 051 J/kg · °C) entran
en el intercambiador a 550°C, a razón de 0.25 kg/s, en tanto que el agua entra como
líquido saturado y se evapora a 200°C (hfg = 1 941 kJ/kg). El área superficial de
transferencia de calor, con base en el lado del agua, es de 0.5 m2 y el coeficiente de
transferencia de calor total es de 1 780 W/m2 · °C. Determine la razón de la
transferencia de calor, la temperatura de salida de los gases de escape y la rapidez
de evaporación del agua.
1
ℎ 1
𝑐 2
2
ℎ 2
𝑐 1
ℎ 2
𝑚𝑙
1
2
ln(∆𝑇
1
2
ℎ 2
ln[ 350 (𝑇
ℎ 2
− 200 )]
𝑠
𝑚𝑙
ℎ 2
𝑙𝑛[ 350 − (𝑇
ℎ 2
− 200 )]
[
ℎ 1
ℎ 2
]
𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑔𝑎𝑠𝑒𝑠
ℎ 2
= [𝑚̇ ℎ
𝑓𝑔
]
𝑎𝑔𝑢𝑎
ℎ 2
𝑎𝑔𝑢𝑎
b.)
𝑎𝑖𝑟𝑒
𝑎 1
𝑎 2
11.90 Entra agua fría (cp = 4.18 kJ/kg · °C) a un intercambiador de calor de flujo cruzado
a 14°C, a razón de 0.35 kg/s, en donde se calienta por medio de aire caliente (cp =
1.0 kJ/kg ·°C) que entra al intercambiador a 65°C, a razón de 0.8 kg/s, y sale a 25°C.
Determine la temperatura máxima de salida del agua fría y la efectividad de este
intercambiador.
ℎ
ℎ
𝑝ℎ
𝐶
𝑐
𝑝𝑐
𝑚𝑖𝑛
𝑐
𝑚𝑎𝑥
𝑚𝑖𝑛
ℎ 1
𝑐 1
𝑚𝑎𝑥
𝑐
𝑐 2 ,𝑚𝑎𝑥
𝑐 1
𝑐 2 ,𝑚𝑎𝑥
𝑐 1
𝑚𝑎𝑥
𝑐
𝑚𝑎𝑥
ℎ
ℎ 1
ℎ 2
𝑚𝑎𝑥