diseño termodinamico ac.lubricante- kerosene

8/18/2019 Diseño Termodinamico Ac.lubricante- Kerosene

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1

Instituto Politécnico Nacional

Escuela Superior de Ingeniería Química e IndustriasExtractivas

DISEÑO DE EQUIPOS INDUSTRIALES

“DISEÑO TERMODINÁMICO DE UN INTERCAMBIADORDE CALOR PARA EL SISTEMA ACEITE LUBRICANTE

(26°API)- KEROSENE (42°API)”

APARICIO ANDRADE MÓNICA DISEÑO DEEQUIPOS INDUSTRIALES


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2

INTRODUCCIÓN

El ker!e"e #$er!%" es un líquido t!ns"!ente #o $on li%e! $olo!$i&n

!'!illent! o !(ul!d!) o*tenido "o destil!$i&n del "et&leo+ De densid!dinte'edi! ente %!solin! , el di-sel. seus! $o'o $o'esti*le en los 'otoes !e!$$i&n , de tu*in! de %!s o *ien. se!/!de !l di-sel de !uto'o$i&n en l!se0neí!s+ Se us! t!'*i-n $o'o disolente ,"!! $!le!$$i&n do'-sti$!. $o'odiel-$ti$o en "o$esos de 'e$!ni(!do"o des$!%!s el-$ti$!s ,!nti%u!'ente. "!! ilu'in!$i&n+ Es insolu*le en

!%u!+3!$i!s ! su *!l!n$e!d! $o'"osi$i&n quí'i$! , %!n "ode $!loí0$o !se%u!nun! $o'*usti&n '4s li'"i!. eit4ndose !sí. l! o'!$i&n de de"&sitos , "oende "olon%!ndo l! id! 5til de los siste'!s de indu$$i&n de $o'*usti*le+

Los &'ee! *$+r'&"e! "ueden $l!si0$!se en6

A'ee! *$+r'&"e! ,"er&*e!6 Los !$eites 'ine!les "o$eden del Pet&leo., son el!*o!dos del 'is'o des"u-s de '5lti"les "o$esos en sus "l!nt!s de"odu$$i&n. en l!s Re0n!í!s+ El "et&leo *uto tiene dieentes $o'"onentesque lo 7!$e indi$!do "!! distintos ti"os de "odu$to 0n!l. siendo el '4s!de$u!do "!! o*tene A$eites el Cudo P!!íni$o+

A$eites lu*i$!ntes Sint-ti$os6 Los A$eites Sint-ti$os no tienen su oi%en die$todel Cudo o "et&leo. sino que son $e!dos de Su*8"odu$tos "etolíeos$o'*in!dos en "o$esos de l!*o!toio+ Al se '4s l!%o , $o'"le9o suel!*o!$i&n. esult!n '4s $!os que los !$eites 'ine!les+ Dento de los!$eites Sint-ti$os. estos se "ueden $l!si0$! en6

OLI3OMEROS OLE:INICOS ESTERES OR3ANICO POLI3LICOLES :OS:ATO ESTERES

A'ee! *$+r'&"e! !e,-!"%'!+ Los Se'i8Sint-ti$os seo*tienen de un! 'e($l! de !$eites sint-ti$os , 'ine!les+ L!s"o"ied!des de los !$eites Se'i8Sint-ti$os son t!'*i-n 'u,su"eioes ! los de los 'ine!les. ,! que etienen l!s "o"ied!des ,$!!$teísti$!s de los !$eites sint-ti$os+



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;

Realice el diseño termodinámico del intercambiador de calor queresulte eficiente y económico, se ermite una ! ara ambascorrientes de "# si$ emlee los me%ores criterios alicables a estosequios&'e tiene aceite lubricante de ()*+I que entra a una temeratura de-.#*/ y sale a 0-#*/, con un factor de incrustación de ##-y se tiene1erosene a -(*+I que entra a una temeratura de (.#*/ y sale a una

temeratura de 00#*/, con un factor de incrustación de ##0, el 2astomasa del 1erosene es de 3"#### lb45r&

'ecuencia de Cálculos

LUIDO ACITE LUBRICANTE KEROSENEPROPIEDADES LUIDO CALIENTE LUIDO RIO

TEMPERATURA DE ENTRADA #T1)? 2>?

TEMPERATURA DE SALIDA #T2)


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=

CA1DA DEPRESIN

8 8

CORROSIN A+L J+ETO3ICIDAD J+E A+LENCRUSTAMIENTO

A+L J+E

LOCALI.ACINDEL LUIDO

J+E A+L

NOTA SE MANE@ARA LA NOMENCLATURASI3UIENTE ACEITE LUBRICANTE (A5L) KEROSENE (K5E)

Corrida 1Consideraciones:

∆ PT =10 Lado de tubos

∆ PS ≤10

Tipo de Flujo:Aceite Lubricante T1=!"#$ T%=&"#$Kerosene t1=%!"#$ t%=&&"#$Balance de energía

Q=Gm1∗Cp1∗∆ T 1

Qkerosene( K .E)=0.62∗710000 Lb

hr ∗(330−250 )° F =35216000BTU /hr

Gaceitelbricante( ! . L)= Q

Cp2∗∆ T

2

=35216000

BTU

hr

0.585∗(450−340 ) ° F =547257.1872

Lb

hr

Lado de Tubos: '(ELado de Coraza: )(L

Calculo de las temperaturas medias y las media logarítmicas.

∆T"LP=(T 1−t 1 )−(T 2−t 2 )

ln(T 1−t 1T 2−t 2 )

=(450−250 ) ° F −(340−330 )° F

ln(450−250340−330 )

=63.4235 ° F

∆T"LC =(T 1−t 2 )−(T 2−t 1)

ln (T 1−t 2T 2−t 1

)=

(450−330 )° F −(340−250 ) ° F

ln (450−330340−250

)=104.2817 ° F



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>

S= t 2−t 1T 1−t 1

=330−250450−250

=0.4

$=

T 1−T 2t 2−t 1 =

450−340330−250=

1.375

Calculo de la temperatura media logarítmica erdadera.

) partir de * + S se obtiene el ,actor de correcci-n .$t/ de F!".1# K$%&

Ft =¿ "(0!

∆ T"L%er&a&era=∆T"L∗ Ft =(104.2817 ° F ) (0.85 )=88.6394 ° F

'ar(metros de CalculoLongitud de tubos L2 =1) *t3ext plg2 =1 pulg456 =1+PIT78=PT =1.), pulg No de pasos n2 = - 'asos

No de cuerpos Nc2 = 1 Cuerpo)rreglo9 Cuadrado N#tubos9#/

3e la tabla 1" del 'E*N

3int plg2 =/.#0/ plg a:,2 =/.,- plg)

a:l2 =/.)+1# *t)2*t

7alculo del ;rea de ,lu


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F

GT =Gm / (c

a ' F =

710000 /20.3919

=905901.1 Lb/hr )t 2

Calculo del 3rea de trans*erencia

! rc= ( t ∗a' l∗ L=(380 ) (0.2618 ) (12 )t )=1193.81 )t 2

U +$= Q / (c

!rc∗∆T"L% =

(35216000)/21193.81∗88.6394

=166.3979 BTU

hr° F )t 2

C(lculo de elocidad

,= GT

62.4∗S∗3600=

1811686.6547

62.4∗(1)∗3600=8.0648 )t /se*

Calculo del n4mero de %eynolds

( $ET = GT ∗ + -

12∗2.42∗ FTbos=

905901∗0.8712∗2.42∗0.5

=54279.1921

7on el nmero de *e+nolds + la F!". )-/0 =¿ )0/

7on el nmero de *e+nolds + la $I6( %>

) =¿ /.///Calculo del coe*iciente de película lado tubos.

hio=/0 ∗[ K

+-

12 ]∗[

Cp∗ ∗2.42 K ]

1

3 1T 0.14=270∗[

0.076

0.870

12 ]∗[

0.62∗0.5∗2.420.076 ]

1

310.14=602.5308

BTU

hr )t 2° F

∆ PT$=) ∗(GT Tbos)

2∗n∗ L∗12

5.22∗1010∗st ∗ +int ∗1t =

0.00014∗(905901.1 )2

∗4∗12∗12

5.22∗1010∗0.870∗1∗1=4.3369 psi

∆ PTr=4∗nst

2[ ,2

22 *2(62.5

144 )]=4∗41

20.12=2.4774 psi

Con "T leer en F!". )0 [ ,2

2 2 * 2(62.5144 )]=0. 1%



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8/13

Calculo del coe*iciente global de trans*erencia de calor 78c9 Limpio.

U C =hio∗ 0ohio+ 0o

=602.5308∗97.0094602.5308+97.0094

=83.5565 BTU

hr )t 2° F

C(lculo del índice de obstruccin o incrustacin 8c ; 85. !dealmente este deber( estaren un rango de /.//1 a /.//,.

$&=U C −U +U C 2U +

= 83.5565−166.3980(83.5565)(166.3980)

=−0.005

Calculo de la caída de presin por el lado del tramo recto< el tramo de retorno del tuboy total.

∆ PS= ) 6 ∗(GS )2∗ +s∗( ( +1)5.22∗1010∗st ∗ +e3∗1t

=0.0022∗(555027.5733 )2∗31∗6.5454

5.22∗1010∗0.99∗0.775∗1=1.2287

Calculo de la caída de presin por el lado de la coraza.

Numero de mamparas

( +1= L

B∗12=

12

22 pl*∗12=6.5454

Corrida 1/ =LA >8$ ?$@% $ A@8T

'ar(metros de CalculoLongitud de tubos L2 =/ *t3ext plg2 =1 pulg456 =1PIT78=PT =1 D pulg No de pasos n2 = - 'asos No de cuerpos Nc2 = ) Cuerpos)rreglo9 Cuadrado N#tubos9#/

3e la tabla 1" del 'E*N



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3int plg2 =/.#1 plg a:,2 =/.,1, plg)

a:l2 =/.)+1# *t)2*t

7alculo del ;rea de ,lu


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1?

∆ PT$=) ∗(GT Tbos)

2∗n∗ L∗12

5.22∗1010∗st ∗ +int ∗1t =

0.00017∗(1.04487106 )2

∗4∗30∗12

5.22∗1010∗0.81∗1∗1=8.778 psi

∆ PTr=

4∗n

st 2

,2

22 * 2

(62.5

144

) =4∗41 2

0.14

=2.24

psi

Con "T leer en F!". )0,2

2 2 * 2(62.5144 ) =0.14

∆ PTotal=∆ PT$+∆ PTr=8.778+2.24=11.01 psi

C(lculos por el lado de la coraza.2≤B≤+s

+S=31 pl*

+e3=0.99

Pt= 1 1? pulg

C = Pt − +e4t =11/4−1=0.25 pl*

4 propuesta= %"

aS=B∗c∗ +S144∗ Pt

=20∗0.25∗31144∗11/4

=0.86m2

GS=G S/ (c

as=547257.19 /2

0.86 =317762.24 Lb /hr

($es= G

s

∗ +e3

12∗2.42∗ FCora5a=317762.24

∗0.99

12∗2.42∗3 =3610.934

7on N*es de F!". )# se obtiene9

/h=¿ /



11/13

11

7on N*es de $I6( %A se obtiene9

) =¿ /.//)#

0o=/0 ∗(Cp∗

k ∗2.42)1/3

∗( k

+e3∗12)∗1

0.14

=30∗(0.585∗30.067 ∗2.42)

1

3

∗(0.067

0.99 ∗12)∗1

0.14

=97.0094

h

Calculo del coe*iciente global de trans*erencia de calor 78c9 Limpio.

U C =hio∗ 0ohio+ 0o

=407.4728∗97.0094407.4728+97.0094

=78.355 BTU

hr )t 2° F

C(lculo del índice de obstruccin o incrustacin 8c ; 8d. !dealmente este deber(

estar en un rango de /.//1 a /.//,.

$&=U C −U +U C 2 U +

= 78.355−67.02(78.355)(67.02)

=0.00226

Calculo de la caída de presin por el lado del tramo recto< el tramo de retorno del tuboy total.

∆ PS= ) ∗(GS )

2∗ +s∗( ( +1)

5.22∗1010∗st ∗ +e3∗1t =0.0017∗(317762.24 )

2

∗29∗85.8

5.22∗1010∗0.99∗0.775∗1=4.2399

Calculo de la caída de presin por el lado de la coraza.

Numero de mamparas

( +1= L

B∗12=

30

20 pl*∗12=¿ 10



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12

TABLA DE RESULTADOS

A* De P Arre7* C&*+re

A UD

1 1 1=$u!do

1;;;2+2 >+>=B=>

2B

1 1 1=$u!do

1;2F= FB+?2???

;

1? 1 1 1=$u!do

1;2=+>2 FF+>>2?

;

Continu!$i&n

&* &8 DI & 9T : ;T,*<

?+2F1 ?+>1> ?+1?+;F2> 1?;+

>;>21F??? +F=

?+2F ?+>1> ?+1?+;;B>F=

1?==F=+F

;>21F??? +F=

?+2F1 ?+>1> ?+1?+;;B>F=

1?==F=+F

;>21F??? +F=

Continu!$i&n

N5C

" NT L D! NRTr 8 =>

2 = =;2 ;? ;; >12B1+BF==2 ?+???1 1=?2 = ;? ;? ;1 >2B+??F1 ?+???1B 1B?2 = ;? ;? ;1 >2B+??F1 ?+???1B 1B?

Continu!$i&n

;PTR ;PTr ;PT ? B &! 9!B+1221

2+= +>221

;;>+>F>; ;

1+B 1>;?B+;;

+BBFB?1

2+2= 11+?1FB =?B+=B2> ;

1+F 1F2>=+=

+BBFB

?1

2+2= 11+?1FB =?B+=B2

> 2?

?+F ;1BBF2+2;

Continu!$i&n

NRe 8@ /> > U' R ;P!1B;+>;;;;> ?+??22 F>

21?+1B12 12+2;B2FB

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?+=22?>;1

1>1+BF12 ?+??22 F> 21?+1B12 1;+FF1;1 ?+??BB ?+==22=



13/13

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=+2;222

Alten!ti! 1? sele$$ion!d!


diseño termodinamico ac.lubricante- kerosene

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