Problemas Resueltos de Intercambiadores de Calor (LMTD)

11-16 Trabaje nuevamente el problema 11-15 por el método de
LMTD
11-15 En un cambista e calor de un paso de cáscara y de dos
pasos de tubos, entra agua a 70°F a razón de 10 000 lbm /h.
Aceite para motor fluye a través de los tubos a una razón de
7 000 lbm /h. Suponga ch=0.7 Btu/ lbm°F y U0=40Btu/h-pie2°F.
Las temperaturas de entrada y salida del aceite son 300°F y
200°F respectivamente. Determine el área de superficie del
cambista de calor.
Datos
Agua
Tc, i  70 F
mc  10 000 lbm / h
Aceite
Th, i  300 F
Th, o  200 F
mh  7 000 lbm / h
ch  0.7 Btu / lbm F
Uo  40 Btu / h  pie 2  F
As  ?
Solución:
1.-Buscamos el calor especifico del agua a la temperatura de entrada
2.- Encontramos el flujo de calor del
fluido caliente (aceite)
T [°F]
Cc [Btu/lbm°F]
68
0,9988
70
0,99875
104
0,9980
Qh  mh  ch(Th, i  Th, o)
Qh   7 000 lbm / h    0.7 Btu / lbm F  (300 F  200 F )
Qh  280 000
Qh  Qc  Q
Btu
h
3.- Buscamos la temperatura de salida del fluido frio Tc,o (agua)
Q  mc  Cc  (Tc, o  Tc, i )
Btu
 10 000 lbm / h    0.99875 Btu / lbm F   Tc, o  70 F 
h
280 000
Tc, o 
 F  70 F  98.04 F
9987.5
280 000
4.- Aplicamos el LMTD
(Th, i  Tc, o )  (Th, o  Tc, i )
LMTD 
 Th, i  Tc, o 
Ln 

 Th, o  Tc, i 
(300  98.04) F  (200  70) F
LMTD 
 (300  98.04) F 
Ln 

 (200  70) F 
LMTD  163.35 F
5.- Buscamos el factor de corrección “F”
para un Intercambiador de calor de 1C-2T
Tc, o  Tc, i 98.04  70
P

 0.122
Th, i  Tc, i
300  70
Th, i  Th, o 300  200
R

 3.57
Tc, o  Tc, i 98.04  70
F  0.97
6.-Se hallo el área superficial del cambista de calor
Q  U  A  F  LMTD
Q
A
U  F  LMTD
Btu
h
A
40 Btu / h  pie 2  F  0.97 163.35 F
280 000
A  44.18 ft 2
11-17 Un cambista de flujo cruzado con ambos fluidos no mezclados tiene un área
superficial de 400 pies^2. Se usa para enfriar aire desde 280°F usando aire a una
temperatura de 70°F. El aire caliente fluye a razón de 8000 lbm/h, mientras que el
aire frio fluye a 13000 lbm/h. suponiendo que l valor de U es de 12 Btu/h-pie2°F.
Calcule las temperaturas de salida de ambas corrientes
Datos :
Cambista _ de _ flujo _ cruzado
no _ mezclado
As  400 ft 2
aire
Th, i  280 F
Tc, i  70 F
mh  8000 lbm / h
mc  13000 lbm / h
U  12 Btu / h  pie 2  F
1.-Buscar los calores específicos de los fluidos caliente y frio (aire)
T [°F]
Cc [Btu/lbm°F]
-10
0,2401
70
0,2403
80
0,2402
T [°F]
Ch [Btu/lbm°F]
260
0,2422
280
0,2426
350
0,2438
Solución
2.- Hallar los calores específicos máximos y mínimos
Cc  mc  Cc  13000 lbm / h    0.2403 Btu / lbmF   3123.9 Btu / hF
Ch  mh  Ch   8000 lbm / h    0.2426 Btu / lbmF   1940.8 Btu / hF
Cmin 1940.8
C

 0.621
Cmax 3123.9
3.-Determinar el flujo de calor máximo
Qmax  Cmin  (Th, i  Tc, i )
Qmax  1940.8 Btu / h F   (280  70) F  407568 Btu / h
4.- Encontrar el numero NTU
U  As 12 Btu / h  ft
NTU 

Cmin
2
 F    400 ft 2 
 1940.8 Btu / hF  
 2.47
5.- Determinar gráficamente la efectividad
NTU  2.47
R  C  0.621
  0.72
6.- Hallar el flujo de calor
Q    Qmax
Q  0.72   407568 Btu / h   293448.96 Btu / h
7.- Determinar las temperaturas de salida de los fluidos caliente y frio (aire)
Q  Cc  Tc, o  Tc, i 
Q
2934448.96
 70 F  
 F  163.9 F
Cc
3123.9
Q  Ch  Th, i  Th, o 
Tc, o  Tc, i 
Q
2934448.96
Th, o  Th, i 
 280 F 
 F  128.8 F
Ch
1940.8