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problemario de método nut y lmtd
Tipo: Ejercicios
1 / 9
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Por otro lado, se denomina número de unidades de transferencia térmica, (NTU), a la medida del
valor de la capacidad de transferencia de calor del intercambiador. Cuanto mayor sea el NTU
más estrechamente tiende el intercambiador a su valor límite termodinámico. Este índice indica
el tamaño del intercambiador de calor para determinar las temperaturas finales de los fluidos de
trabajo cuando se dispone de un intercambiador o se conoce su superficie de intercambio, como
sucede cuando se quiere seleccionar, para un determinado uso, un intercambiador entre varios
disponibles o se desea utilizar un intercambiador para un uso diferente de aquel para el que se
diseñó.
Obtener los resultados de los cálculos del área y los coeficientes globales de la trasferencia
de calor mediante el cálculo de los métodos LMTD y NUT que se presenta en un
intercambiador de calor de tubo y coraza en un fluido contracorriente, y reforzar el
conocimiento de estos métodos para aplicarlos durante la estancia en la universidad y
posteriormente profesionalmente.
1.Para calentar aire con los gases calientes de la combustión de una turbina, se utiliza un
calentador del tipo de placa plana. La velocidad del flujo de aire requerido es de 0,
kg/seg, entrando a 290°K. Los gases calientes están disponibles a una temperatura de
1150°K, y con una velocidad másica de 0,60 kg/seg. Determinar la temperatura del aire a
la salida del intercambiador de calor.
Datos:
Perímetro bañado en la parte del aire 0.703 m
Perímetro bañado en la parte del gas 0.416 m
Área de la sección recta del paso del aire 2.275x
3
m
2
(por cada conducto)
Área de la sección recta del paso del gas 1.600x
3
m
2
(por cada conducto)
Número de conductos de aire: 19, Número de conductos de gas: 18
Resolución:
Aire: longitud del conducto del aire: 𝐿
𝑎
Perímetro bañado en cada conducto de aire: 𝑃
𝑎
Sección de paso de aire para cada conducto: ( 0. 3429 𝑥 0. 0067 ) = 0. 002297 𝑚
2
Diámetro hidráulico para el conducto de aire: 𝑑
ℎ
002297
7
Gas: Perímetro bañado en cada conducto de gas: 𝑃
𝑔
Sección de paso de gas para cada conducto: ( 0. 1778 𝑥 0. 008229 ) = 0. 001463 𝑚
2
Diámetro hidráulico para el conducto de gas: 𝑑
ℎ
001463
372
Superficie de transferencia térmica: ( 0. 372 )( 18 )( 0. 3429 ) = 2. 296 𝑚
2
𝑎𝑖𝑟𝑒
𝑔𝑎𝑠
Para hallar las propiedades medias de los fluidos a las temperaturas medias de película
correspondientes:
𝑎𝑖𝑟𝑒
𝐹
ℎ
𝐹
𝐹
3
2
− 6
Para el gas, una temperatura media de película de:
1150 + 290
2
Temperaturas de entrada
de los dos flujos
𝑎𝑖𝑟𝑒
𝑎𝑖𝑟𝑒
3
𝑝(𝑎𝑖𝑟𝑒)
− 6
3
𝑎𝑖𝑟𝑒
𝑔𝑎𝑠
𝑔𝑎𝑠
𝑝(𝑔𝑎𝑠)
− 6
2
𝑔𝑎𝑠
agua fría con una velocidad máxima de 0.5 m/seg que el líquido caliente circula a 2.
m/seg por la carcasa que el coeficiente de película exterior de los tubos es de 190
Kcal/h.m
2
Cp= 0.997 Kcal/kg °C
p= 993.5 kg/m
3
n= 2.5 kg/hm
k= 0.593 kcal/h.m °C
Conductividad del
cobre
330 kcal/h.m °C
𝐶 𝐶
𝑃𝐶
𝐶 1
𝐶 2
𝐹 𝐶
𝑃𝐹
𝐹 1
𝐹 2
𝐶
𝐺
𝐹 𝐶
𝑃𝐹
(𝑇
𝐹 1
𝑇
𝐹 2
)
𝐶
𝑃𝐶
(𝑇
𝐶 1
𝑇
𝐶 2
)
𝑃𝐹
𝑃𝐶
5 (
𝑚
3
/ℎ𝑜𝑟𝑎 )
( 50 − 20 )
90 − 70
𝑚
3
ℎ𝑜𝑟𝑎
(𝑠𝑒𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑝𝑎𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑙í𝑞𝑢𝑖𝑑𝑜 𝑝𝑜𝑟 𝑙𝑎 𝑐𝑎𝑟𝑐𝑎𝑠𝑎) Ω
𝐶
𝐺
𝐶
𝑈
𝐶
𝑚
3
ℎ𝑜𝑟𝑎
𝑚
𝑠𝑒𝑔
𝑥 3600
𝑠𝑒𝑔
ℎ𝑜𝑟𝑎𝑎
2
Nota: en la sección transversal total de la carcasa comprenderá a la sección de paso de tubos
𝑇
𝐶
𝜋𝑑
2
𝑒
4
2
𝜋∗ 0. 014
2
4
2
2
𝜋 𝐷
1
𝑖
4
2
4 𝑆
𝑇
𝜋
4 𝑋 0. 0215
𝜋
𝑖
𝐹
𝐹
3
Pr =
𝑝
𝐹
𝑖
𝐶𝐹
𝑐𝐶
𝑐𝐹
− 3. 796 − 0. 205 ln
− 0. 505 ln
𝑙𝑛 (Pr)
2
Pr
− 3. 796 − 0. 205 ln
− 0. 505 ln
2
− 3
− 3
𝑐𝐹
𝑁𝑢 𝐾
𝑑 𝑖
𝑘𝑐𝑎𝑙
ℎ.𝑚.°𝐶
𝑘𝑐𝑎𝑙
ℎ.𝑚.°𝐶
𝑈𝑐 =
1
007
005 𝑥 2843. 2
330
𝑙𝑛
007
005
1
1920
=
1
= 980
𝐾𝑐𝑎𝑙
ℎ. 𝑚. °𝐶
𝑄 = 𝑈 𝐴 𝐹 (𝐿𝑀𝑇𝐷)
∆𝑇 2 = 𝑇𝐶 1 − 𝑇𝐹 2 = 90 − 50 = 40°𝐶
∆𝑇 1 = 𝑇𝐶 2 − 𝑇𝐹 1 = 70 − 20 = 50°𝐶
Factor F de corrección de la LMTD
