Guía de ejercicios - Facultad de Ingeniería - UBA

Guía de ejercicios
Rev 3 Página 65
76.49 Operaciones de Transferencia de
cantidad de movimiento y energía
Facultad de Ingeniería
UBA
14 INTERCAMBIO DE CALOR EN TANQUES, CAMISAS, SERPENTINES
1. Intercambio de calor en un recipiente agitado con camisa
Un recipiente agitado encamisado de una planta piloto está hecho con un tubo de 12” IPS
concéntrico con un tubo de 14” IPS. Ambos tienen fondos abombados. Un agitador de paletas de
7.2” de largo y 1.2” de altura se coloca a 1.8” del fondo. La velocidad del agitador es de 125 rpm.
El recipiente se llena hasta una altura de 10” con un medio acuoso en el que se produce una
reacción química endotérmica que requiere una adición de 32600 BTU/h para mantener la
temperatura constante. El factor de obstrucción es 0.005.
a) ¿A qué temperatura debe mantenerse el vapor en la camisa?
Se desea diseñar un recipiente agitado encamisado geométricamente similar al de la planta piloto,
con un tubo de 36” concéntrico con otro de 42” con paletas geométricamente semejantes al de la
planta piloto. Por razones de proceso deberá mantenerse constante el coeficiente pelicular h
obtenido en la planta piloto. Suponer que no aparecen vórtices (Fr no interviene).
b) ¿Cuál deberá ser la velocidad de giro del agitador?
c) Si en la planta piloto se estimó una potencia de 0.4 HP para mantener la agitación, ¿cuál será la
potencia necesaria en el recipiente grande?
Datos:
= 62.5 lb/ft3
µ= 1.06 lb/ft h ( a 150 °F)
k= 0.38 BTU/lb ft2 (°F/ft)
c= 1.0 BTU/lb°F
Discutir la posibilidad de colocar baffles en el recipiente piloto. ¿Mantienen su validez las
estimaciones realizadas? ¿Cuál es el nuevo modelo de flujo?
Considerar el fondo del recipiente como una placa plana a los efectos del cálculo de la superficie
de intercambio.
2. Intercambio de calor en un recipiente con serpentín
Un recipiente de 12” conteniendo un medio acuoso y agitado por una paleta, en un todo igual al
descripto en el problema 1 será calentado mediante un serpentín con vapor de 220 °F. El
serpentín en espirales de tubos de cobre de ½” DI y el diámetro del serpentín será 9’6”.
a) ¿Cuántas vueltas serán necesarias?
Se desea diseñar un recipiente geométricamente similar al anterior provisto de agitador y
serpentín, manteniendo el coeficiente pelicular h en el líquido. Se desea además mantener la
cantidad de calor transferida por unidad de volumen. El diámetro del recipiente es ahora 48”. El
factor de escala L2/L1 es 4.
b) ¿Cuáles serán las dimensiones y el número de vueltas del serpentín?
c) ¿Puede “inundarse” con condensado la parte inferior del serpentín del recipiente grande?
d) Discutir un diseño apropiado del serpentín para prevenir la inundación
e) Dibujar a mano alzada en corte y en elevación el modelo de flujo que se establece. Es
esperable un coeficiente h bajo o alto con este modelo de flujo? Considerar que en el recipiente
grande no se forman vórtices.