Problema 11-63 Cengel. Método LMTD.

Marco Antonio Chávez Rojo

26 May 202007:52

Summary

TLDREl script describe un proceso para resolver el problema 11 de calentar alcohol etílico utilizando un intercambiador de calor. Se detalla el uso de dos pasos por la coraza y ocho por los tubos, con el alcohol aumentando de 25 a 70 grados Celsius a una tasa de 2.1 kg/s. El intercambio de calor se realiza con agua, y se aplica el método de la diferencia logarítmica para calcular el flujo de calor. Se menciona la configuración de contracorriente y se utiliza una tabla para determinar el factor de corrección. El resultado es un área superficial de 13.94 metros cuadrados necesaria para el intercambio eficiente de calor.

Takeaways

🔍 Se aborda el problema del intercambiador de calor para calentar alcohol etílico.
🌡️ El alcohol se calienta de 25 a 70 grados Celsius a una razón de 2.1 kg/s.
💧 El calentamiento se realiza utilizando agua como fluido de calor.
🚰 El agua entra a 95 grados y sale a 45 grados, actuando como fluido caliente.
🔨 El coeficiente de transferencia de calor total es de 950 W/m²K.
📐 El área superficial de transferencia de agua y el intercambiador es fundamental para el cálculo.
📈 Se utiliza el método de la diferencia logarítmica para calcular el flujo de calor.
🔥 El flujo de calor se calcula como 252 kW para el alcohol.
💦 La cantidad de energía transferida es la misma que absorbe el alcohol y la que transfiere el agua.
📊 Se requiere determinar el factor de corrección para la configuración de dos pasos por la coraza y 18 pasos por los tubos.
🏗️ El cálculo finaliza con la obtención de una superficie de 13.94 m² para el intercambio efectivo.

Q & A

¿Cuál es el problema que se resuelve en el script?
-El problema trata de calentar alcohol etílico utilizando un intercambiador de calor en dos pasos, con el objetivo de aumentar la temperatura del alcohol de 25 a 70 grados Celsius.
¿Cuál es la razón de cambio de temperatura en el intercambiador de calor?
-La razón de cambio de temperatura es de 2.1 kilogramos por segundo, lo que indica la cantidad de alcohol etílico que se calienta en el proceso.
¿Cómo se calienta el alcohol en el intercambiador de calor?
-El alcohol se calienta en los tubos del intercambiador de calor, utilizando agua como agente de calentamiento que fluye por la coraza del CP.
¿Cuál es la temperatura de entrada y salida del agua en el intercambiador de calor?
-El agua entra a 95 grados Celsius y sale a 45 grados Celsius, lo que indica la transferencia de calor del agua al alcohol etílico.
¿Cuál es el coeficiente de transferencia de calor total en el intercambiador de calor?
-El coeficiente de transferencia de calor total es de 950, lo que mide la eficiencia del intercambio de calor entre el agua y el alcohol etílico.
¿Cómo se determina el flujo de calor en el intercambiador de calor?
-El flujo de calor se determina utilizando la fórmula Q = m * cp * ΔT, donde Q es el flujo de calor, m es la masa del alcohol, cp es su capacidad calorífica específica y ΔT es la diferencia de temperatura.
¿Cuál es la superficie de transferencia de calor utilizada en el cálculo?
-La superficie de transferencia de calor es de 13.94 metros cuadrados, la cual se calcula utilizando el factor de corrección y la diferencia logarítmica de las temperaturas en los extremos del intercambiador.
¿Qué es la diferencia logarítmica y cómo se utiliza en este caso?
-La diferencia logarítmica es una técnica para calcular la disminución exponencial de la temperatura a lo largo del intercambiador de calor. Se utiliza para determinar la superficie de transferencia de calor y mejorar la precisión del cálculo.
¿Qué es el factor de corrección y cómo se determina?
-El factor de corrección es un valor que se utiliza para ajustar el cálculo de la superficie de transferencia de calor en intercambiadores de doble tubo o similares. Se determina a partir de tablas o fórmulas específicas para la configuración del intercambiador.
¿Cómo se calcula la energía transferida al alcohol etílico y la energía que absorbe?
-La energía transferida al alcohol y la energía que absorbe se calcula a partir del flujo de calor, el cual es igual a la energía que el agua transfiere al alcohol. Esto se deduce del coeficiente de transferencia de calor y las diferencias de temperatura.
¿Qué se entiende por corriente contraflujo en el intercambiador de calor?
-La corriente contraflujo es una configuración en la que el fluido caliente (agua) y el fluido frío (alcohol etílico) se mueven en direcciones opuestas a través del intercambiador de calor, lo que permite una mayor eficiencia en la transferencia de calor.
¿Cuál es la importancia de las cuatro temperaturas mencionadas en el script?
-Las cuatro temperaturas son cruciales para entender el funcionamiento del intercambiador de calor y para realizar los cálculos necesarios. Representan las temperaturas de entrada y salida del agua y del alcohol etílico, y son necesarias para aplicar el método de la diferencia logarítmica.

Outlines

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🔧 Resolución del problema de intercambio de calor

En este párrafo se aborda el problema 11 de resolución de un intercambio de calor, donde se utiliza un intercambiador de calor de dos pasos por la coraza y dos pasos por los tubos, para calentar alcohol etílico. El alcohol se calienta en los tubos, pasando de una temperatura de 25 grados a 70 grados, a una tasa de 2.1 kilogramos por segundo. El calentamiento se realiza mediante el uso de agua, la cual fluye a través de la coraza del intercambiador. Se menciona el coeficiente de transferencia de calor total y el área superficial de transferencia, y se utiliza el método de la media logarítmica para calcular el flujo de calor. Se detallan los datos del fluido frío (alcohol etílico) y caliente (agua), así como la relación entre la energía transferida y absorbida. Finalmente, se calcula el flujo de calor y se menciona el factor de corrección para configuraciones de intercambiadores de doble tubo.

05:01

📊 Análisis de la configuración de intercambio de calor y cálculos

Este párrafo se centra en el análisis de la configuración de intercambio de calor, específicamente en la diferencia de temperatura y el factor de corrección para un intercambiador de calor de dos pasos por la coraza y dos pasos por los tubos. Se discuten las entradas y salidas de agua y alcohol, y se abordan los parámetros s&p y p en detalle. Además, se menciona un error en una gráfica y se corrige, se calcula el área superficial necesaria para el intercambio 2 y se concluye el análisis de la configuración de intercambio de calor.

Mindmap

Keywords

💡Intercambiador de calor

Es un dispositivo que permite el intercambio de calor entre dos fluidos sin que se mezclan directamente. En el video, se utiliza para calentar alcohol etílico a través del calor transferido por agua. El intercambiador de calor es central en la resolución del problema presentado, ya que es la herramienta que permite la transferencia de calor de agua caliente a alcohol fría, aumentando su temperatura de 25 a 70 grados Celsius.

💡Coraza

Parte del intercambiador de calor donde fluye uno de los fluidos, en este caso, el agua caliente. La coraza es un tubo que rodea los tubos a través de los cuales se caliente el alcohol. El agua entra por un extremo de la coraza a una temperatura de 95 grados y sale por el otro extremo a 45 grados, permitiendo así el intercambio de calor entre el agua y el alcohol.

💡Tubos

Elementos a través de los cuales se calienta el alcohol etílico. En el video, se menciona que hay ocho pasos por los tubos para el intercambio de calor. Los tubos son un componente clave en el proceso de calentamiento ya que son a través de ellos que el alcohol recibe el calor necesario para elevar su temperatura.

💡Alcohol etílico

El fluido frío que se calienta en el intercambiador de calor. Se menciona que se calienta de 25 a 70 grados Celsius. El alcohol etílico es el producto que se procesa en este intercambio, absorbiendo el calor transferido por el agua y aumentando su temperatura para su posterior uso.

💡Coeficiente de transferencia de calor

Valor que representa la eficiencia con la que se transfiere el calor a través del intercambiador. En el video se menciona que el coeficiente de transferencia de calor total es de 950, lo que indica una buena eficiencia en la transferencia de calor. Este coeficiente es crucial para calcular el flujo de calor y la superficie de transferencia necesaria para el intercambio.

💡Área superficial de transferencia

Superficie total a través de la cual se realiza el intercambio de calor entre los fluidos. En el video, se busca despejar esta variable para calcular la superficie necesaria para el intercambio eficiente. La superficie de transferencia es un factor clave en el diseño y la eficiencia del intercambiador de calor.

💡Flujo de calor

Cantidad de calor transferido en una unidad de tiempo. En el video, se calcula el flujo de calor a partir de la diferencia de temperaturas y el coeficiente de transferencia de calor. El flujo de calor es esencial para determinar la cantidad de energía que se necesita para calentar el alcohol etílico y la eficiencia del intercambiador.

💡Temperatura de entrada y salida

Las temperaturas a las que entra y sale el agua caliente en el intercambiador de calor. En el video, se menciona que el agua entra a 95 grados y sale a 45 grados, lo que indica una transferencia de calor significativa. Estas temperaturas son importantes para entender el rendimiento del intercambiador y para realizar los cálculos necesarios para su diseño y operación.

💡Metodo de la media logarítmica

Un método utilizado para calcular la temperatura promedio cuando hay una transferencia de calor en un intercambiador de calor trabajando a contracorriente. En el video, este método se utiliza para calcular la temperatura promedio de los fluidos involucrados en el intercambio, lo que permite determinar el factor de corrección necesario para el cálculo de la superficie de transferencia.

💡Factor de corrección

Valor que se utiliza para ajustar los cálculos de transferencia de calor en un intercambiador de calor. En el video, se busca determinar el factor de corrección a partir de la configuración del intercambiador (dos pasos por la coraza y ocho pasos por los tubos). Este factor es importante para la precisión en el cálculo de la superficie de transferencia y la eficiencia del intercambio de calor.

💡Superficie de transferencia

Área a través de la cual ocurre el intercambio de calor entre los fluidos. En el video, se calcula la superficie de transferencia a partir del flujo de calor y el coeficiente de transferencia de calor. La superficie de transferencia es un parámetro clave en el diseño y la eficiencia del intercambiador, ya que una superficie más grande generalmente aumenta la eficiencia del intercambio de calor.

Highlights

Se utiliza un intercambiador de calor con dos pasos por la coraza y ocho pasos por los tubos para calentar alcohol etílico.

El alcohol etílico se calienta desde 25°C hasta 70°C a una tasa de 2.1 kilogramos por segundo.

El calentamiento se realiza mediante agua, con entrada a 95°C y salida a 45°C.

El coeficiente de transferencia de calor total es de 950.

Se emplea el método de la media logarítmica para calcular el flujo de calor.

El flujo de calor se calcula como 252 kilos por segundo.

El agua y el alcohol están trabajando en contracorriente en el intercambiador.

Las cuatro temperaturas clave del proceso son 95°C, 70°C, 45°C y 25°C.

La energía transferida al alcohol es la misma que la energía que absorbe el agua.

El flujo mágico se determina dividiendo el flujo de calor por la diferencia de temperatura.

Se despeja la superficie para el área superficial de la transferencia del intercambiador.

El factor de corrección es necesario debido a la configuración de contracorriente y no de doble tubo.

El factor de corrección se determina utilizando la tabla para dos pasos por la coraza y 18 pasos por los tubos.

Las diferencias de temperatura para el cálculo son 95 - 70 = 25 y 25 - 45 = -20.

El promedio de las diferencias de temperatura es de 22.5°C.

El área superficial del intercambiador se calcula como 13.94 metros cuadrados.

El cálculo del área superficial es crucial para el diseño y la eficiencia del intercambiador.