Hoja de ejercicios de Intercambiadores de calor (DTML) con soluciones

Hoja de ejercicios de Intercambiadores de calor (DTML) gratis e imprimible: 6 problemas desde nivel fácil hasta nivel de examen, con soluciones. Imprímela o guárdala como PDF.

Para docentes: pueden imprimirla, copiarla y usarla en clase gratis. Cada hoja nueva tiene valores nuevos y su propia clave de respuestas. Agradecemos un enlace a ExamProblems en la página de tu curso.

Nombre: ____________________   Fecha: ____________

1.Fácil
longitudT110 °C75 °C?20 °CΔT₁ΔT₂contracorriente

Aceite caliente (1,5 kg/s, cp = 2,1 kJ/(kg·K)) se enfría de 110 a 75 °C en un intercambiador a contracorriente. Calienta 1 kg/s de agua (cp = 4,18 kJ/(kg·K)) que entra a 20 °C. No hay pérdidas de calor al entorno. Halla la temperatura de salida del agua Tc,out.

ṁh = 1,5 kg/scp,h = 2,1 kJ/(kg·K)Th: 110 → 75 °Cṁc = 1 kg/scp,c = 4,18 kJ/(kg·K)Tc,in = 20 °C
Tc,out = °C
2.Fácil
longitudT160 °C65 °C35 °C25 °CΔT₁ΔT₂contracorriente

En un intercambiador a contracorriente el fluido caliente se enfría de 160 a 65 °C mientras el frío se calienta de 25 a 35 °C. Halla la diferencia de temperatura media logarítmica ΔTlm.

Th: 160 → 65 °CTc: 25 → 35 °C
ΔTlm = K
3.Media
longitudT150 °C75 °C105 °C20 °CΔT₁ΔT₂contracorriente

Un intercambiador de carcasa y tubos (un paso por carcasa, dos pasos por tubos) debe transferir 770 kW. El fluido caliente se enfría de 150 a 75 °C y el frío se calienta de 20 a 105 °C. El factor de corrección de la DTML para esta disposición es F = 0,8, y U = 500 W/(m²·K). Halla el área de intercambio A necesaria.

Q̇ = 770 kWF = 0,8U = 500 W/(m²·K)Th: 150 → 75 °CTc: 20 → 105 °C
A = m²
4.Media
longitudT100 °C30 °C90 °CΔT₁ΔT₂vapor que condensa

En un condensador, el vapor condensa a 100 °C constantes en el exterior de los tubos. El agua de refrigeración (1 kg/s, cp = 4,18 kJ/(kg·K)) circula por los tubos y se calienta de 30 a 90 °C. El coeficiente global de transmisión de calor es 1500 W/(m²·K). Halla el área de intercambio A necesaria.

Ts = 100 °Cṁ = 1 kg/scp = 4,18 kJ/(kg·K)Tc: 30 → 90 °CU = 1500 W/(m²·K)
A = m²
5.Difícil
longitudT120 °C70 °C?25 °CΔT₁ΔT₂contracorriente

En un intercambiador de doble tubo a contracorriente, aceite caliente (0,8 kg/s, cp = 2,3 kJ/(kg·K)) circula por el tubo interior y se enfría de 120 a 70 °C. Agua (1,5 kg/s, cp = 4,18 kJ/(kg·K)) entra en el espacio anular a 25 °C. El tubo interior tiene un diámetro de 40 mm, y U = 150 W/(m²·K) está referido a este diámetro. Halla la longitud de tubo L necesaria.

ṁh = 0,8 kg/scp,h = 2,3 kJ/(kg·K)Th: 120 → 70 °Cṁc = 1,5 kg/sTc,in = 25 °CD = 40 mmU = 150 W/(m²·K)
L = m
6.Difícil
longitudT155 °C125 °C25 °C?ΔT₁ΔT₂flujo paralelo

En un intercambiador de doble tubo en equicorriente, aceite caliente (1 kg/s, cp = 2,5 kJ/(kg·K)) circula por el tubo interior y se enfría de 155 a 125 °C. Agua (0,2 kg/s, cp = 4,18 kJ/(kg·K)) entra en el espacio anular a 25 °C. El tubo interior tiene un diámetro de 32 mm, y U = 500 W/(m²·K) está referido a este diámetro. Halla la longitud de tubo L necesaria.

ṁh = 1 kg/scp,h = 2,5 kJ/(kg·K)Th: 155 → 125 °Cṁc = 0,2 kg/sTc,in = 25 °CD = 32 mmU = 500 W/(m²·K)
L = m

Soluciones

  1. 1. Tc,out = 46,38 °C
  2. 2. ΔTlm = 74,6 K
  3. 3. A = 38,63 m²
  4. 4. A = 5,423 m²
  5. 5. L = 80,06 m
  6. 6. L = 31,62 m

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