INSTITUTO POLITCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERA QUMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS

DISEO DE EQUIPOS INDUSTRIALES

DISEO TERMODINMICO DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR

PROFESOR: INOCENCIO CASTILLO TERNALUMNA: TRINIDAD MOLINA MILGRUPO: 3IM81JUEVES 15 DE MAYO DEL 20152011321209Tabla de datos de los fluidos

FLUIDO CALIENTEFLUIDO FRIO

Temperatura de entrada(T1)=390FTemperatura de entrada(t1)=100F

Temperatura de salida(T2)=210FTemperatura de salida(t2)=200F

Flujo (Gm)=720000 lb/hFlujo (Gm)=444000 lb/h

Capacidad calorfica(Cp)=0.185 BTU/lb FCapacidad calorfica(Cp)=0.54 BTU/lb F

Gravedad especifica(S)=0.77Gravedad especifica(S)=0.76

Viscosidad ()=0.88 CpoiseViscosidad ()=0.51 Cpoise

Conductividad trmica(k)=0.0517 BTU/h ft2(F/ft)Conductividad trmica(k)=0.075 BTU/h ft2(F/ft)

Factor de incrustacin(Rd)=0.002 h ft2F/BTUFactor de incrustacin(Rd)=0.002 h ft2F/BTU

Cada de presin P= 10 PSICada de presin P= 10 PSI

Se va a disear un intercambiador de calor para enfriar 720000 lb/hr de aceite de absorcin de 35 API que entra 390 F y sale a 210 F .el enfriamiento se efecta por medio e destilado de 35 API que entra 100 F y sale 200F.

El fluido caliente es el aceite de absorcin a 35APIEl fluido frio es el destilado a 35 APIFactor(mayor grado)Lado tubosLado coraza

Flujo Aceite Destilado

Temperatura Aceite Destilado

Viscosidad Aceite Destilado

Cada de presin --

Corrosin --

Toxicidad Aceite Destilado

Ensuciamiento --

Se determina que:El fluido que se localizara por el lado de los tubos es el aceite de absorcin a 35API.Y por el lado de la coraza el destilado a 35 API.

Clculos en lado de los tubos del intercambiador 1. Calculo del balance de energa.

2. Calculo de las temperaturas medias y las media logartmicas.

3. Calculo de la temperatura media logartmica verdadera. A partir de R y S se obtiene el factor de correccin Ft de graficas o de la ecuacin correspondiente.

0.845

4. Establecimiento de los parmetros geomtricosLongitud de tubos (L) =16 mDext (plg) =3/4 plgBWG =16Dint (plg) =0.62 plgDeq =0.95rea de flujo por tubo (plg2) (af) =0.302 plg2Superficie por pie lineal (pies2) (al) =0.1963 pies2Pt = 1plgNo de pasos (n) = 4 PasoNo de cuerpos (Nc) = 1 CuerpoArreglo =cuadrado

5. Calculo del rea de transferencia de calor

Se requiere proponer el coeficiente global de transferencia de calor Ud de diseo en base a tablas. Estos incluyen un factor de obstruccin anual.Rango de Ud ( =(40-70)

6. Calculo del nmero de tubos.

Con el nmero de tubos se entra a la tabla cuenta tubos y se obtienen los siguientes datos:

Ds=39 plgDeq=0.95 plgNt=982PITCH=1 plg

7. Calculo del rea global de flujo en el intercambiador.

8. Calculo de la masa velocidad mxima permitida en el intercambiador.

9. Calculo del nmero de pasos

A partir del nmero de pasos calculado, se obtienen datos de las tablas.No de Pasos =2No de Tubos =1024

10. Calculo del rea de transferencia real por cada cuerpo.

Calculo del coeficiente real

11. Calculo del rea de flujo global recalculado

12. Calculo de la masa velocidad mxima permitida en el intercambiador. Se calcula para el nmero de cuerpos mnimo y mximo. Se elige el ms cercano a 1, 500,000.

13. Calculo del nmero de Reynolds

Con este dato se entra a la curva de transferencia de calor lado tubos y se obtiene el valor del factor de Colburn. Tambin se obtiene de graficas el factor de Faning

14. Calculo del coeficiente de pelcula lado tubos.

15. Calculo de la cada de presin por el lado del tramo recto, el tramo de retorno del tubo y total.

Como la P10 Psi se propone cambiar los parmetros hasta coincidir que la P=10 Psi

Tabla de alternativas

DEPTBWGLafalDIArealNtAf

3/4116160.3020.19630.623371.3932171073.4186250.56279935

3/4116100.3020.19630.623371.3932171717.46983.60191583

11.2516160.5940.26180.873371.393217804.85896120.8300108

11.2516160.5940.26180.873371.393217804.85896121.66002161

GtN platosnNttablasARGtrealAfnuevaUdr

1279319.181.17249864210243216.1792670529.8011.0737777860.2749716

199893.6227.50399131110492059.187327274.7932.1999861194.1415762

867458.5881.7291891726242613.8112559440.5591.28774.1656895

433729.2943.4583783546242613.81121118881.120.643574.1656895

NretfHPTRfiPTrPT

16267.86240.0002348658.4796011.627157970.383.948051955.57520992

7940.081550.0002894832.9457940.149302390.381.974025972.12332837

19045.56750.00019566.33995050.670182760.030.311688310.98187108

38091.1350.00019115.5045635.223988720.234.7792207810.0032095

Como se puede observar en las tablas la ltima iteracin es la mejor porque nos da un P=10 Psi.

Clculos del cambio de los ltimos parmetros1. Establecimiento de los parmetros geomtricosLongitud de tubos (L) =16 mDext (plg) =1 plgBWG =16Dint (plg) =0.87 plgDeq =0.99rea de flujo por tubo (plg2) (af) =0.594 plg2Superficie por pie lineal (pies2) (al) =0.2618 pies2Pt = 1.25 plgNo de pasos (n) = 4 PasoNo de cuerpos (Nc) = 1 Cuerpo

2. Calculo del rea de transferencia de calor

Se requiere proponer el coeficiente global de transferencia de calor Ud de diseo en base a tablas. Estos incluyen un factor de obstruccin anual.Rango de Ud ( = (40-70)

3. Calculo del nmero de tubos.

Con el nmero de tubos se entra a la tabla cuenta tubos y se obtienen los siguientes datos:

Ds=39 plgDeq=0.99 plgNt=624PITCH=1.25 plg

4. Calculo del rea global de flujo en el intercambiador.

5. Calculo de la masa velocidad mxima permitida en el intercambiador.

6. Calculo del nmero de pasos

A partir del nmero de pasos calculado, se obtienen datos de las tablas.

No de Pasos =4No de Tubos =624

7. Calculo del rea de transferencia real por cada cuerpo.

=2613.8112 ft

Calculo del coeficiente real

8. Calculo del rea de flujo global recalculado

9. Calculo de la masa velocidad mxima permitida en el intercambiador. Se calcula para el nmero de cuerpos mnimo y mximo. Se elige el ms cercano a 1, 500,000.

10. Calculo del nmero de Reynolds

Con este dato se entra a la curva de transferencia de calor lado tubos y se obtiene el valor del factor de Colburn. Tambin se obtiene de graficas el factor de Faning

11. Calculo del coeficiente de pelcula lado tubos.

12. Calculo de la cada de presin por el lado del tramo recto, el tramo de retorno del tubo y total.

Clculos para la coraza

1. Calculo del rea de transferencia por el lado de la coraza.

39 plg

7.8

2. Clculos de la masa velocidad en la coraza

3. Calculo del nmero de Reynolds

Con este dato se entra a la curva de transferencia de calor lado coraza y se obtiene el valor del factor de Colburn. Tambin se obtiene de graficas el factor de Faning.

138

0.0015

4. Calculo del coeficiente de pelcula del lado de la coraza.

5. Calculo del coeficiente global de transferencia de calor Uc Limpio.

6. Clculo del ndice de obstruccin o incrustacin Uc > Ud. Idealmente este deber estar en un rango de 0.0002 a 0.00035.

7. Calculo de la cada de presin por el lado de la coraza.

Numero de mamparas

El clculo anterior se redondea al nmero inmediato ms cercano.

24.61

Como debe de ser P tenemos que seguir cambiando parmetros

Tabla de alternativas

DsDeqBCasGsNcNre

390.957.8 1/40.528125840710.059153926.6027

310.956.2 1/40.333680561330613.94185351.0538

390.997.8 1/40.42251050887.57170246.4956

390.9910.5 1/40.56875780659.341152183.111

fHHiohoUcRdN+1Ps

0.00154869138.137241115.153615271.06224480.81956370.00421739224.615384627.88171565

0.00143603177.82138364.8743699348.93315254.7037383-0.00765798719.354838740.47716601

0.0015159.75801793.0937991300.82181171.093007-0.00058275724.615384640.49074018

0.0015135.662738162.085719255.45078399.16480010.0033991119.985099163

Clculos de los ltimos cambios de parmetros en donde Ps

1. Calculo del rea de transferencia por el lado de la coraza.

39 plg

10.5

2. Clculos de la masa velocidad en la coraza

3. Calculo del numero de Reynolds

Con este dato se entra a la curva de transferencia de calor lado coraza y se obtiene el valor del factor de Colburn. Tambin se obtiene de graficas el factor de Faning.

136

0.0015

4. Calculo del coeficiente de pelcula del lado de la coraza.

5. Calculo del coeficiente global de transferencia de calor Uc Limpio.

6. Clculo del ndice de obstruccin o incrustacin Uc > Ud. Idealmente este deber estar en un rango de 0.0002 a 0.00035.

7. Calculo de la cada de presin por el lado de la coraza.

Numero de mamparas

En conclusin nuestro intercambiador ser:Longitud de tubos (L) =16 mDext (plg) =1 plgBWG =16Dint (plg) =0.87 plgDeq =0.99rea de flujo por tubo (plg2) (af) =0.594 plg2Superficie por pie lineal (pies2) (al) =0.2618 pies2Pt = 1.25 plgNo de pasos (n) = 4 PasoNo de cuerpos (Nc) = 1 CuerpoDS coraza=39 plgB=10.5C=Pt-Dext=0.25