INGENIERA QUMICA

INGENIERO TCNICO INDUSTRIAL esp. en QUMICA INDUSTRIAL

Operaciones Bsicas

Hoja 6. Transmisin de Calor

1.-

Un contenedor refrigerado tiene forma cbica con 2 m de lado. Las paredes interiores son de aluminio de 5 mm de espesor y se encuentran aisladas con una capa de corcho de 10 cm. Se ha medido una temperatura de 5 y 20C en las paredes interior y exterior, respectivamente. Calcular las necesidades de enfriamiento del contenedor. Datos: kaluminio = 204 W/(m.K) ; kcorcho = 0,043 W/(m.K).

Sol.: 257 W.

2.-

Un tubo de 1 cm de dimetro exterior est envuelto con una capa de 5 cm de asbesto (K = 1,79 kcal/h.m.C), seguida de una capa de corcho de 3,8 cm (K = 0,045 kcal/h.m.C). Si la temperatura de la superficie exterior del tubo es de 143C y la temperatura de la superficie exterior del corcho es de 32C, calclese la prdida de calor por cada metro de tubo y la temperatura entre la capa de asbesto y de corcho.

Sol.: 53,6 kcal/h; 131,6C

3.-

Un tubo de acero inoxidable de 2 cm de dimetro interno y 4 cm de dimetro externo se recubre con una capa aislante de 3 cm de espesor. La temperatura de la pared interna del tubo se mantiene a 600C, mientras que la cara exterior del aislante se encuentra a 100C. Calcular:

a) Prdidas de calor por metro de longitud.

b) Temperatura en la interfase tubo-aislante.

Datos: kacero = 19 W/(m.K) ; kaislante = 0,2 W/(m.K)

Sol.: 680,4 W; 596C

4.- Una tubera de acero de 2,375 de dimetro externo y 2,157 de dimetro interno conduce vapor recalentado. La temperatura del vapor es de 115C y la del aire en el exterior es de 25C. Calcular:

a) Prdidas de calor por metro de tubera.

b) Se recubre el tubo con una capa de fibra de vidrio de 3 cm de espesor Qu reduccin se consigue en la prdida de calor? Suponer que haire se mantiene constante.

Datos: kacero = 18 W/(m.K) ; kaislante = 0,05 W/(m.K) ; haire = 5 W/(m2.K) ; hvapor = 60 W/(m2.K)

Sol.: a) 78,14 W; b) 59,2 %

5.- Se proyecta un cambiador de calor formado por un tubo de cobre de 12 mm de dimetro interno y 1,0 mm de espesor, introducido en otro de mayor dimetro, perfectamente aislado del exterior. El cambiador se emplear para enfriar 200 kg/h de benceno desde 70C hasta 25C, en contracorriente con agua que entra a 18C. Calclese:

a)El caudal del agua para que su temperatura a la salida no exceda de 50C.

b)La longitud total de tubo del cambiador, en estas condiciones.

c)La eficacia del intercambio de calor.

Datos: U = 280 kcal/m2.h.C

(

Cp(C6H6) = 0,43 kcal/kg.C

Sol.: a) 121 kg/h; b) 29,6 m; c) 86,54%

6.-

Se pretende utilizar un cambiador de carcasa-tubo para enfriar 100 kg/s de cido sulfrico del 98% desde 60C hasta 40C. Para ello se dispone de agua a 10C con un caudal de 50 kg/s. El coeficiente global de transmisin de calor es 500 W/m2.K. Determnese el rea necesaria para este cambiador tanto si se trabaja con corrientes paralelas como si se utiliza en contracorriente.

Nota: Asmase que el coeficiente global de transmisin de calor (U) es el mismo en ambos casos.

Datos:Cp (H2O): 4200 J/kg.K; Cp(H2SO4): 1500 J/kg.K

Sol.: Aparal.: 202,7 m2; Acont.: 183,1 m2

7.- Se necesita construir un cambiador para enfriar 20 kg/s de agua desde 87 C hasta 67C. Como fluido refrigerante se utilizar agua a 27C con un caudal de 25 kg/s. El tipo de cambiador elegido es de tubos concntricos de cobre. El agua caliente circula por el tubo interior, que tiene un dimetro interno de 10 cm y un espesor de pared de 1,5 mm. El tubo externo tiene un dimetro interior de 17 cm. Calcular:

a) Coeficiente global de transmisin de calor (U).

b) Longitud del cambiador.

Datos: h = 9.260 W/(m2.K) ; h = 7.240 W/(m2.K) ; kcobre = 380 W/(m.K)

Sol.: a) 4065 W/m2K; b) 31,15 m.

8.-Un condensador consta de un haz de 18 tubos horizontales con un espesor de 0,125 cm, dimetro interno de 2,32 cm y dimetro medio de 2,44 cm. La conductividad trmica del material de tubo es k = 90 kcal/ m.h.C. En dicho equipo se condensa vapor de agua a 100C sobre la superficie externa de los tubos, mientras que por el interior de los tubos se introduce agua a 27C con un caudal de 1.250 kg/h por cada tubo. El coeficiente individual de transmisin de calor del lado del vapor es hv = 9.720 kcal/h.m2.C, el del lado del agua fra es ha = 8.748 kcal/h.m2.C, y los depsitos que se forman en ambas superficies tienen un coeficiente de transmisin idntico hd = 9.720 kcal/h.m2.C. Calclese:

a) El coeficiente global de transmisin de calor.

b) El calor transmitido por unidad de tiempo y tubo si stos tienen 3 m de longitud.

Sol.: a) 2289 kcal/m2.h.C; b) 31375 kcal/h

9.-En un cambiador de calor multitubular se enfra un hidrocarburo desde 70 a 25C empleando para ello agua que se alimenta a 10C. El cambiador consta de 30 tubos de acero de 2 cm de dimetro interno y 5 m de longitud, con 1 mm de espesor, por los que circula el hidrocarburo a una velocidad de 0,3 m/s. El caudal msico de agua es un 60% del de hidrocarburo. Determnese:

a) El valor del coeficiente global de transmisin de calor.

b) El valor de los coeficientes individuales de transmisin de calor para ambos fluidos, suponiendo que son iguales.

Datos: Cphidrocarburo = 0,45 kcal/kg.C; Cpagua = 1 kcal/kg.C; (hidrocarburo = 850 kg/m3;

kacero = 40 kcal/h.m.C.

Sol.: a) 880,46 kcal/hm2C; b) 1804 kcal/m2hC