166474259 ejercicios resueltos de int de calor 1
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7/26/2019 166474259 Ejercicios Resueltos de Int de Calor 1
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UNIVERSIDAD NACIONAL
PEDRO RUZ GALLO
Facultad de Ingeniera !u"ica e Indu#tria# Ali"entara#
DESARROLLO DE LOS E$ERCICISO DEDESARROLLO DE LOS E$ERCICISO DE
IN%ERCA&'IO DE CALORIN%ERCA&'IO DE CALOR
Di#e() de Planta# Indu#triale# I
Lambayeque- julio - 2010
-
7/26/2019 166474259 Ejercicios Resueltos de Int de Calor 1
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PRO'LE&AS PROPUES%OS DE IN%ERCA&'IADORES DECALOR DE DO'LE %U'O
*+, Se quiere calentar 18000 lb/hr de orto xileno desde 100 hasta 150Fen!riando 18000 lb/hr de alcohol but"lico de 1#0 hasta 1$0F en unintercambiador de calor de doble tubo% &is'onibles 'ara este 'ro'(sito hay 5horquillas de 20 'ies cuyos )nulos y tubos est)n colocados en serie% Losintercambiadores son de *+2 ,S%
. u)l es el !actor de obstrucci(n
3 cu)les son sus ca"das de 'resi(n
Si las corrientes !r"as y calientes en 4a se cambian con res'ecto al anulo yal tubo interior como justi!ica esto o re!uta su decisi(n inicial res'ecto adonde colocar las corrientes calientes%
18000 Lb/hr
rto xileno
t16 1#0 7F .lcohol but"lico
1 61007F 2 6 1507F
18000 Lb/hr
t26 1$07F
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PROPIEDADES FSICAS
PROPIEDADES
FSICAS UNIDADES
OR%O-ILENO
.%/0*12F
ALCO3OL
'U%ILICO.%/0112F
Cal)rE#4ec5ic)
0%$* 0%2081
Vi#c)#idad 0%%91 0%282
C)nducti6idad%7r"ica 0%0:0 0%0180
r 0%001 0%001
DISE8O RAPIDO
;stimac% de
-
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CALCULO DEL CALOR ES%I&ADOCALCULO DEL CALOR ES%I&ADO
Q=m.cp.T
Q=180000.69(170140)
Q=372600BTU/h
%IPO 9 CARAC%ERS%ICAS DE LOS %U'OS
:-* IPS
di6 2%09##==
&i 6 *%098==
.t 6 *%*50 'ul>2
.a 6 2%:$$ 'ul>2
.lt 6 0%92 'ies2/'ie
d0 6 2%*80==&e6 1%5#5==
CURSO DE LOS FLUIDOS
%U'O; alc)ilen)
CALCULO DE 3%;LADO DE LOS %U'OS
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?t6##*#1%*$ lb/pie2F
HT CORREGIDO
Ht=261.05*di/do=261.05*2.067/2.380
Ht=261.05*2.067/2.380
Ht=2226.72
CALCULO DE 3O ;
ha=J h
( k
De
)
(cpu
k
)
1
3
(u
uw
)
0.14
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Fi>ura @2$
L
D
= 20
3.06812
L
D= #8%22
ha=262(0.090
1.575
12)(0.430.612.42
0.090 )1
3(11 )0.14
ha=344.54
.L
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CALCULO DE UD ;
C?LCULO DE LA CADA DE PRESI@N EN LOS %U'OS
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CALCULO DE DE PRESI@N EN EL ANILLO;
Po= Pa+ Pes
Pes=n(V2
2g )( 144 )
V= Ga
3600
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V= 880434.78
36000.8762.4
V=4.5pies/ s
Pes=5( 4.52
232.17 )( 0.8762.4144 )
Pes=0.59psi
Po=0.65+0.59
Po=1.24psi
+,Se &ebe calentar #000 lb/hr de anilina desde 100 hasta 1507F medianteen!riamiento de 10000 lb/hr de tolueno con una tem'eratura inicial de 1857F en
un intercambiador de calor de doble tubo con tubos de 2x11
4 BB ,S de 20
'ies de lon>itud% Se requiere un !actor de obstrucci(n de 0%005% au)ntashorquillas ser)n necesarias% (mo deben arre>larse% u)l es el !actor!inal de obstrucci(n %
Tolueno
10000 lb/h
185F 7000
lb/h
Anilina
Anilina
150F-
Tolueno
T
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3ace")# un arregl) en 4aralel);
De#arr)lla")# el 4ri"er interca"=iad)r
Caracter#tica# de l)# tu=)#
ubos 2x11
4 BB ,S de 20 B de lon>itud r 60%005
Pr)4iedade# de la Anilina B% 4r)"edi)/ 0*12F
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C4B0*12F/0%518BTU
lb
C >anado6 m anilina+ ' anilina+ D
C >anado63500
lb
h0.518
BTU
lb(150100 )
! ganad)/ 1BTU
h
Deter"ina")# la te"4eratura de #alida del t)luen)
C4B012F/ +HBTU
lb
C >anado6 -C 'erdido
:0950BTU
h 6 -4 10000
lb
h0.47
BTU
lb(T185 )
6195+#7F
'romedio64
185+165.72 61#5+*#7F
C4B0H1+:H2F/ +1BTU
lb
C >anado6 -C 'erdido
:0950BTU
h 6 -4 10000
lb
h0.465
BTU
lb(T185 )
6195+57F
'romedio64185+165.5
2 61#5+257F
C4B0H1+*12F6 0%$92BTU
lb
C >anado6 -C 'erdido
:0950BTU
h 6 -4 10000lb
h0.462BTU
lb(T185)
-
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6195+$7F
'romedio64185+165.4
2 61#5+27F
C4B0H1+*2F6 0%$92BTU
lb
C >anado6 -C 'erdido
:0950BTU
h 6 -4 10000
lb
h0.462
BTU
lb(T185)
%0/01+2F Bte"4eratura de #alida del t)luen)
Eallamos ariaci(n de tem'eratura media lo>ar"tmica y lue>o determinamos el )rea
con el )nicos Ud B*,0*
DL6
65.435
ln (65.4
35) 6$8%9*
AREA ES%I&ADO;
165.4F
100 F
65.4F
185 F
150F
%)luen)
-
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.6Q
UDT L 6
90650BTU
h
70 BTU
h. pie2
48.63 6 29+9* 'ie2
Solentes r>)nicos 01
4 IPS tubos de 20'ies de lon>itud%
di/0+: d)/0+
>i/+0 at/0+1 4ulg*
-
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Di/*+H D)/*+:
a)/0+0 4ulg* alt/+:14ie*M4ie
De/+01 D"/0+1*
: Cur#) de l)# Fluid)#;
"anilina/*500 lb/h "t)luen)/10000 lb/h
,Lad) del tu=) interi)r;olueno
,Lad) del Anill);.nilina
Calcul) del C)e5iciente de tran#5erencia en el tu=) interi)r Bt)luen);
hi 6 Hh 4k
"i + 4cp#
k 1/* + 4#
#$ 0%1$
di 6 1%*8 'ul>adas +pie
12pulg
I 6 0%08*$ 3< /'ie 7F'% 6 0%$92 3
-
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?t 6
10000 Lb
ho)aaguac)u"a
1.5pulga"a2(
pie2
(12pulg )2)
6 :90000 Lb/hr +'ie2
@re 6( 1.3812 pies)(960000Lb /ho)pie2)
0.8228Lb/pie ho)a
@re 6 1*$1#5%:8 1*$1#9
Hh 6 *20 4en cura de trans!erencia de calor lado de los tubos en la !i>2$
hi 6 Hh 4k
"i + 4cp#
k 1/* + 4#
#$ 0%1$
61
hi 6 *20 4
0.0834
1.38
12
+ 40.4620.8228
0.0834 1/*+ 4#
#$ 0%1$
hi 6 *##%1 3tu/hr +'ie2 +7F
ht 6 *##%1+1.38
1.66 6*1*%$8
adas +pie
12pulg
I 6 0%1 3< /'ie 7F
'% 6 0%518 3
-
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Hh 6 necesito el numero de Keynols
Clcul) del n"er) de Rein)l#
@re 6DeGa
#
J 6 $%:91 Lb /'ie hora
&e 6 0%:15'ul>adas +pie
12pulg
?a 6ma
ao 6masa"el &lui"o 'ue (a po) elanulo
a)ea"e seccion %)ans(e)sal"elanulo
?a 6
3500 Lb
ho)aaguac)u"a
1.19pulga"a2(
pie2
(12pulg )2) 6 $2*52:%$1 Lb/hr +'ie
2
@re 6( 0.91512 pies)(423529.41Lb /ho)pie2)
4.961lb /pie ho)a
@re 6 950:%9 9510
Hh 6 2$ 4en cura de trans!erencia de calor lado de los tubos en la !i>2$
ho 6 Hh 4k
De + 4cp#
k 1/* + 4#
#$ 0%1$
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L 644.38pies
2
0.435pies
2
pie
L% / 0*+* 4ie#
0 Calcul) del N2 de 3)ruilla#;
@E6LT
L 6102
202 62%55 Q : imos el L6 @E + L 6 * + 20 + 2 L%/ 0* 4ie#
Nrea corre>ida .6 L+alt
.6 120'ie + 0%$*5 pies
2
pie
A/ 1*+* 4ie#*
00 Calcul) de la cada de 4re#in en el lad) del tu=) interi)rT 4#ia;
O t 6&2LT
72g,"i
?t 6:90000Lb/hr +'ie2
, 6 5$%2: Lb/'ie*
L 6120 'ies
di 6 1%*8 'ul>adas +pie
12pulg
> 6 $%18 +10
8
'ies/hr
2
NRe / 1*$1#9
-
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! 6 0%00*5 M0.264
(134176)0.42 60%005$
O t 6
960000
(0.0054)( 2)120
(72)(4.18108 )(54.29)(1.38112
)
6*%18 'sia
Pt / :+0 0 4#ia B) 4)r #er liuid)+
0*Calcul) de la cada de 4re#in en el lad) del tu=) e>teri)r ) anul)
O . 6 O a M O es
Salida de 'resi(n en los tubos entradas y salidas
O a 6&Ga2LT
72g,De-
De- 6 &i - do 6 42%09# P 1%99 'ul> 6 0%$0#
'ul>adas
@re 6De Ga
#
@re 6
(0.407pulgpie12pulg)(423529.41Lb /ho)pie2)4.961Lb /pie ho)a
-
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Nre / *1+1:
! 6 0%00*5 M
0.264
(2895.53)0.42 6 0%0128
O a 6
0.0128423529.412120
724.1810863.65(0.407
12 )
O a 6 $%2$ 'sia
O es 6n(2
2.g + ,
144 ( 6Ga
3600,/ 'ies /se>
n 6 nQmero de horquillas
>B 6 *2%1# 'ies /se>2
( 6
360063.65Lb/h
423529.41
Lb
ho)pie2 6 1%85 'ies /se>
O es 63(1.85pies/ seg)2
232.17pies/ seg2 + 63.65Lb /pie3
144 6 0%0#1 'sia
O . 6 O a M O es 6 $%2$ 'sia M 0%0#1'sia
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PA / +:00 4#ia 0 4#ia B) 4)r #er liuid)+
De#arr)lla")# el #egund) interca"=iad)r
Caracter#tica#
de l)# tu=)#
ubos 2x11
4 BB ,S de 20 B de lon>itud r 60%005
Pr)4iedade# de la Anilina B% 4r)"edi)/ 0*12F
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C4B0*12F/0%518BTU
lb
C >anado6 m anilina+ ' anilina+ D
C >anado63500
lb
h0.518
BTU
lb(150100 )
! ganad)/ 1BTU
h
Deter"ina")# la te"4eratura de #alida del t)luen)
C4B011+12F/ +1*BTU
lb
C >anado6 -C 'erdido
:0950BTU
h 6 -4 10000
lb
h0.452
BTU
lb(T165.4)
61$5%*7F
'romedio64165.4+145.3
2 6155%$7F
C4B011+2F/ +1*BTU
lb
C >anado6 -C 'erdido
:0950BTU
h 6 -4 10000
lb
h0.452
BTU
lb(T165.4)
61$5%*7F
'romedio64165.4+145.3
2 6155%$7F
C4B011+2F6 0%$52BTU
lb
C >anado6 -C 'erdido
:0950BTU
h 6 -4 10000
lb
h0.452
BTU
lb(T185)
-
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%*/01+:2F Bte"4eratura de #alida del t)luen)
Eallamos ariaci(n de tem'eratura media lo>ar"tmica y lue>o determinamos el )rea
con el )nicos Ud B*,0*
DL6
45.315.4
ln (45.3
15.4) 62#%#17F
AREA ES%I&ADO;
.6Q
UDT L 6
90650BTU
h
70 BTU
h.pie2
27.71 6 $9%#* 'ie2
Solentes r>)nicos
-
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+H: 4ie* 0 4ie* BD)=le tu=)
ES%I&A&OS PROPIEDADES FISICAS
0 Pr)4iedade# 5#ica# a la te"4eratura 4r)"edi);
Pr)4iedad FLUIDO A CALEN%ARANILINA
0*12F
FLUIDO A ENFRIAR%OLUENO
011+2 F
C4 3tu / lb 7F 0%518 0%$52
c' 2%05 0%*9
J 3tu / h%'ie2 7F 0%1 0%08$*
Klb/3pie 9*%95 5$%2:
r
Fpiehr
Btu
.. 2
0%005 0%005
* Caracter#tica# de l)# tu=)#;
*>01
4 IPS tubos de 20'ies de lon>itud%
di/0+: d)/0+
>i/+0 at/0+1 4ulg*
Di/*+H D)/*+:
-
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a)/0+0 4ulg* alt/+:14ie*M4ie
De/+01 D"/0+1*
: Cur#) de l)# Fluid)#;
"anilina/*500 lb/h "t)luen)/10000 lb/h
,Lad) del tu=) interi)r;olueno
,Lad) del Anill);.nilina
Calcul) del C)e5iciente de tran#5erencia en el tu=) interi)r Bt)luen);
hi 6 Hh 4k
"i + 4cp#
k 1/* + 4#
#$ 0%1$
di 6 1%*8 'ul>adas +pie
12pulg
I 6 0%08$* 3< /'ie 7F'% 6 0%$52 3
-
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?t 6
10000 Lb
ho)aaguac)u"a
1.5pulga"a2(
pie2
(12pulg )2)
6 :90000 Lb/hr +'ie2
@re 6( 1.3812 pies)(960000Lb /ho)pie2)
0.8712Lb /pie ho)a
@re 6 129#21%#9 129#22 4Flujo turbulento
Hh 6 *10 4en cura de trans!erencia de calor lado de los tubos en la !i>2$
hi 6 Hh 4k
"i + 4cp#
k 1/* + 4#
#$ 0%1$
61
hi 6 *10 4
0.0843
1.38
12
+ 40.4520.8712
0.0843 1/*+ 4#
#$ 0%1$
hi 6 *#:+8# 3tu/hr +'ie2 +7F
ht 6 *80+1.38
1.66 6*15+:
adas +pie
12pulg
I 6 0%1 3< /'ie 7F
'% 6 0%518 3
-
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Hh 6 necesito el numero de Keynols
Clcul) del n"er) de Rein)l#
@re 6DeGa
#
J 6 $%:91 Lb /'ie hora
&e 6 0%:15'ul>adas +pie
12pulg
?a 6ma
ao 6masa"el &lui"o 'ue (a po) elanulo
a)ea"e seccion %)ans(e)sal"elanulo
?a 6
3500 Lb
ho)aaguac)u"a
1.19pulga"a2(
pie2
(12pulg )2) 6 $2*52:%$1 Lb/hr +'ie
2
@re 6( 0.91512 pies)(423529.41Lb /ho)pie2)
4.961lb /pie ho)a
@re 6 950:%9 9510
Hh 6 2$ 4en cura de trans!erencia de calor lado de los tubos en la !i>2$
ho 6 Hh 4k
De + 4cp#
k 1/* + 4#
#$ 0%1$
-
7/26/2019 166474259 Ejercicios Resueltos de Int de Calor 1
28/123
ho 6 2$ 4
0.1
0.915
12 + 4
0.5184.9610.1 1/* + 4
#
#$ 0%1$
-
7/26/2019 166474259 Ejercicios Resueltos de Int de Calor 1
29/123
L 677.89pies
2
0.435pies
2
pie
L%/ 0H+04ie#
0 Calcul) del N2 de 3)ruilla#;
@E6LT
L 6179.1
202 6$%$8 Q 1 imos el L6 @E + L 6 5 + 20 + 2 L%/ * 4ie#
Nrea corre>ida .6 L+alt
.6 200'ie + 0%$*5pies
2
pie
A/ H 4ie#*
00 Calcul) de la cada de 4re#in en el lad) del tu=) interi)rT 4#ia;
O t 6&2LT
72g,"i
?t 6:90000Lb/hr +'ie2
, 6 5$%2: Lb/hora
L 6200 'ies
di 6 1%*8 'ul>adas +pie
12pulg
> 6 $%18 +108 'ies/hr2
NRe / 1*$1#9
-
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30/123
! 6 0%00*5 M0.264
(134176)0.42 60%005$
O t 6
960000
(0.0054)( 2)200
(72)(4.18108 )(54.29)(1.38112
)
65%* 'sia
Pt / 1+: 0 4#ia B) 4)r #er liuid)+
0*Calcul) de la cada de 4re#in en el lad) del tu=) e>teri)r ) anul)
O . 6 O a M O es
Salida de 'resi(n en los tubos entradas y salidas
O a 6&Ga2LT
72g,De-
De- 6 &i - do 6 42%09# P 1%99 'ul> 6 0%$0#
'ul>adas
@re 6De Ga
#
@re 6
(0.407pulgpie12pulg)(423529.41Lb /ho)pie2)4.961Lb /pie ho)a
-
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31/123
-
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32/123
PA / H+0 4#ia 0 4#ia B) 4)r #er liuid)+
RESPUES%AS
Ser)n necesarias un total de
-
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33/123
&ondeAFluido caliente Fluido !rio &i!erencias de 7
16*507F t162:07F 4 T1%2 6*$7F
26*007F t26*197F 4 T2%1 6107F
1%0% )lculo de la LR&A
L0DT=(T1%2 )(T2%1)
ln ((T1%2 )(T2%1 )
)
LR& 6 1:917F
2%0% )lculo de la di!erencia erdadera de tem'eratura 4Ot
ara una corriente !r"a en serie y n corrientes en 'aralelo
(11
1 )(1P)
1
n+(1
1 )
1P
2 =
2.3n1
11log
% 41
-
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&ondeA
1=
T1T2n(%2%1)
=0.96 T n62 U de corrientes !r"as en 'aralelo
P
=T2%1(T1%1)=
0.167
Keem'laVando en 41 calculamos 2 6 0%28
ara la di!erencia m)xima de tem'eratura es coneniente
em'lear los tWrminos del l"mite m)ximo de tem'eratura%
%=2(T1%1)
%=0.28(350290) =16.8
R4taA ;l RL& se des"a con un error de 19%#* X de ladi!erencia de tem'eratura erdadera% uando se hace elarre>lo de !luido caliente en serie y el !luido !rio !luye endos trayectorias 'aralelas en contracorriente%
3))o)=19.6116.8
16.8 100=16.73
3% ;l !luido caliente esta en serie y el !luido !rio en tres trayectorias de !lujo'aralelo a contracorriente%
Soluci(n
-
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&ondeA FluidocalienteFluido !rio &i!erencias de 7
16*507F t162:07F 4 T1%2 6*$7F
26*007F t26*197F 4 T2%1 6107F
0++ Clcul) de la L&D%;
L0DT=(T1%2 )(T2%1)
ln ((T1%2 )(T2%1 )
)
LR& 6 1:917F
=
-
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-
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% ;l ran>o del !luido !rio en 4a y en 4b se cambia de 2#97F a *007F
.% ;l !luido caliente esta en serie y el !luido !rio !luye en dos trayectorias'aralelas en contracorriente%
Soluci(n
&ondeA Fluido caliente Fluido !rio &i!erencias de 7
16*507F t162#97F 4 T1%2 6507F
26*007F t26*007F 4 T2%1 62$7F
1%0% )lculo de la LR&A
-
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L0DT=(T1%2 )(T2%1)
ln ((T1%2 )(T2%1 )
)
LR& 6 *5%$2$7F
2%0% )lculo de la di!erencia erdadera de tem'eratura 4Ot
ara una corriente !r"a en serie y n corrientes en 'aralelo
(11
1 )(1P)
1
n+(1
1 )
1P
2 =
2.3n1
11
log% 41
&ondeA
1= T1T2n(%2%1)
=1.042 T n62 U de corrientes !r"as en 'aralelo
P=
T2%1(T1%1)
=0.324
Keem'laVando en 41 calculamos 2 6 0%29#
ara la di!erencia m)xima de tem'eratura es conenienteem'lear los tWrminos del l"mite m)ximo de tem'eratura%
%=2(T1%1)
%=0.267(350276) =19.758
R4taA ;l RL& se des"a con un error de #:%* X de ladi!erencia de tem'eratura erdadera% uando se hace el
arre>lo de !luido caliente en serie y el !luido !rio !luye endos trayectorias 'aralelas en contracorriente%
-
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3))o)=35.42419.758
19.758 100=79.3
3% ;l !luido caliente esta en serie y el !luido !rio en tres trayectorias de !lujo'aralelo a contracorriente%
Soluci(n
-
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-
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%=0.2085(350276 ) =15.429
R4taA ;l RL& se des"a con un error de 12*%1X de ladi!erencia de tem'eratura erdadera% uando se hace el arre>lo
de !luido caliente en serie y el !luido !rio en tres trayectorias de!lujo 'aralelo a contracorriente
3))o)=34.42415.429
15.429 100=123.1
PRO'LE&AS PROPUES%OS DE IN%ERCA&'IADORES DE CALOR DECASCO 9 %U'O
*+,Se quiere en!riar a'ores de oxi>eno a 'resi(n atmos!Wrica de *00 a 100F%'ara ello se 'uede utiliVar como medio de en!riamiento de a>ua a 85F quese 'uede calentar hasta 100F% se cuenta con un intercambiador de casco ytubo de *1==&s de 1-8 'asos tubos de */$== & 'or 19 3Y? la de cadatubo es de 12 'ies con 900 tubos con arre>lo trian>ular de t6 1 los
de!lectores est)n es'aciados 2$== ser) adecuado el equi'o 'ara lao'eraci(n
E2
t16 85 7F
Za'ores de oxi>eno
1 6*007F 2 6 1007F
-
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t26 1007F
%IPO 9 CARAC%ERS%ICAS DE LOS %U'OS
D#/:0XX B0, 4a#)#
Y OD 0 'G
L)# de5lect)re# e/*XX
PROPIEDADES FSICAS
PROPIEDADES
FSICASUNIDADES
AGUA.%/*+12F
O-IGENO.%/*2F
Cal)rE#4ec5ic)
1 0%2*
Vi#c)#idad 0%#: 0%02$
C)nducti6idad%7r"ica
0%*5: 0%01822
Den#idad 92%$ 0%09#
r 0%0005 0%00*
T1=200200F
T2=
-
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3ALLA&OS LA DENSIDAD DEL O-IGENO
=PPm1T
=
14.7psia(32 gmol )10.47
psia
lbmol46604
=0.0664
CALCULO DEL CALOR ES%I&ADOCALCULO DEL CALOR ES%I&ADO
Q=m.cp.T
Q=150000.24(200)
Q=720000BTU/h
CURSO DE LOS FLUIDOS
%U'O; Agua
CASCO; )>igen)
CURSO SUPUES%O
,ntercambiador de casco y tubo de [BB de di)metro
3Y?619
t61
asos de 41-8
CARAC%ERS%ICAS DE LOS %U'OS
[[ E-%ERNOE-%ERNO ;; */$ ==*/$ ==
[[ IN%ERNOIN%ERNO ;; 0%92==0%92==
'G ;'G ; 1919
-
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-- ;; 0%0950%095====
atat ;; 0%*01:1 'ul>0%*01:1 'ul>22
altalt ;; 0%1:9*5 'ie0%1:9*5 'ie22/'ie/'ie
[[ E!UIVALEN%EE!UIVALEN%E ; +:H1 ; +:H1
CALCULO DE 3%;LADO DE LOS %U'OS
?t6*05*$*%51 lb/pie2F
V= Ga
3600
-
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V=305343..51
360062.4
V=1.35pies/s
fgura 25 Ht= 374
5% co))egi"o=374Di
Do
5% co))egi"o=3740.620
0.750
5% co))egi"o=309.17
CALCULO DE 3S ;
C=1- 3/4= 0.25
-
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-
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CALCULO DE UD ;
CALCULO DEL AREA DE DISE8OCALCULO DEL AREA DE DISE8O
.& 6 4@t+4L%+4alt
.& 6 900+0%1:9*5+12
.& 6 1$1*%%#2
-
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1=T1T2%2%1 1= 30010010085 1=
13.33
6=%2%1T1%1
6=1008530085 6=0.07
%=0.95
AREA RE!UERIDA;AREA RE!UERIDA;
-
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C?LCULO DE LA CADA DE PRESI@N EN LOS %U'OS
CALCULO DE DE PRESI@N DE RE%ORNO;
-
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CALCULO DE DE PRESI@N EN EL CASCO;
Si es adecuado el dise\o 'orque la ca"da de 'resi(n tanto en tubos como escasco es menor que 10'si
+,a
de un tanque de disolente a raV(n de 50000 lb/hr a 1:07F y debe en!riarsehasta 1207F em'leando a>ua a 807F% ara eitar corrosi(n la tem'eratura del
-
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a>ua de en!riamiento no debe exceder de 1207F 4a>ua de r"o sin tratar% Lasca"das de 'resi(n 'ermisibles 'ara cada !luido son de 10 'si% La standard contubos de 1] & 1$ 3Y? y 19 'ies de lon>itud en diersos materiales deconstrucci(n%
&atosA Soluci(n caustica de 1573W J61%$ c' a 1007F 0%$* c' a 2107F I6:0Xde la del a>ua '6 0%883tu/lb%7F%
Ser) adecuado el intercambiador standard 'ara esta o'eraci(n Si as" !uera&e quW material deber"a estar construido
De#arr)ll);
Agua
80F
! ganad)/ ,! 4erdid)
R.+'.+ D.6 4-R3+'3+ D3
R. + 1 +410$-80 6 -450000+0%88+4120-1:0
&A/ 0*:::+:: l=M< B"a#a de agua de ri)
50000
lb/h
Na!"15
120F-
Agua
10
F
104F
120F
80 F
40F
-
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Eallamos ariaci(n de tem'eratura media lo>ar"tmica y lue>o determinamos el )rea
con el Ud+ #u4ue#t);:H1 4tabla 1%$-manual de intercambiadores de calor 'ara
solentes or>)nicos Ud B*1,1
.%L/8640ln (
86
40) /+02F
AREA ES%I&ADO;
.6
Q
UDT L 6
3080000BTU
h
375 BTUh.pie
2
60.1 6 1*9+9# 'ie2
Solentes r>)nicos
-
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0112F * 2 F
C4 3tu / lb 7F 0+88 1+0
c' 0+:15 0+8
J 3tu / h%'ie2 7F 0+*2* 0+*5:
Klb/3pie 9:+5#9 92+$
r
Fpiehr
Btu
.. 2
0+001 0+001
* Cur#) de l)# Fluid)#;
Lad) de l)# tu=)#;.>ua de r"o
Lad) del Ca#c) ;@aE 415 3W
: Caracter#tica# de l)# %u=)#;
1& 1$ 3Y?T L619B T &o61T &i60%8*$ at B60%5$92: 'ul>2T
alt60%29180 'ie2/'ie &e61%25 ^60%08*
E#ti"a")# el n"er) de tu=)#;
1*9%9#'ies26 4@t+419 'ies+40%2918pie
2
pie
Nt / :*+: Q:: tu=)#
NO%A; La ariaci(n de tem'eratura _2007F 'or lo tanto 4laca 5i^a
Arregl) cuadrangular B"a])r acce#) a la li"4ie_a tu=)# de 0` OD
Pt/01
4 `
N DS Nt e#ti"acin
1 12] $5 *ero
-
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2 12] $0 1ero
$ 12] $0 2do
81#
1
4 ]:9 $to
&'I()' TANT)
&S 612] @t 6 $0 tubos
Calcul) de Ft
K 6T1T2%2%1 6
19012010480 6 2%:2
S6
%2%1T1%1 6
1048019080 6 0%22
Ft / + !i>ura 25
Zelocidad6
3600,
@aE4153W a 'or el casco 50000 Lb/hora
.>ua de r"o tubos 128***+** Lb/hora
-
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!t =m%
a% =masa"el &lui"o po) los %ubos
a)ea"e seccion%)ans(e)sal"el ha7"e %ubos
at 68%a% 144n 6
400.54629pulg2
144pulg22 'ie
2 6 0%0#5: 'ies 2
*+ =128333.33
Lb
ho)a"eagua
0.0759pies2
= 19:0821%2L"/#r
$%&'2
Zelocidad6
3600, 61690821.2Lb/ho)pie 2
360062.4Lb/pie3 6 #%5* 'ie/s
La elocidad debe ser ` a * 'ies/se>undo 'ara q el r60%001
1 Calcul) del c)e5iciente de 4elcula en el lad) de l)# tu=)#B% 25 se calcula el
-
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Calcul) del c)e5iciente de 4elcula en el lad) del ca#c)B
-
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H Calcul) del c)e5iciente t)tal li"4i) Uc
Calcul) del c)e5iciente t)tal de di#e() UD
Kdc60%001M0%00160%002
n) e#t en el rang) e#ti"ad) B*1, 1+
C)rregi")#;
.d 6 19#%55 'ie2
Ad /0H+11 4ie*Fact)r %7r"ic)T Ft/W
(& ) = 2.2 Ft = 0.8
-
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UD= 3080000
167.5560.10.89
-
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@aE4153W a 'or el casco 50000 Lb/hora
.>ua de r"o tubos 128***+** Lb/hora
!t =m%
a% =masa"el &lui"o po) los %ubos
a)ea"e seccion%)ans(e)sal"el ha7"e %ubos
at 68%a% 144n 6
400.54629pulg2
144pulg24 'ie
2 6 0%0*#: 'ies 2
*+ =128333.33
Lb
ho)a"eagua
0.0379pies2
= **8910*%9:$L"/#r
$%&'2
Zelocidad 6
3600, 63386103.694Lb /ho)pie2
360062.4Lb/pie3 6 15%0#
'ie/s
La 6el)cidad del agua n) e#t en el rang) de B0,0 4)r l) tant) n) #e cu"4le+
T)'C)' TANT)
&S 612] @t 6 $5 tubos
Calcul) de Ft
-
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K 6T1T2%2%1 6
19012010480 6 2%:2
S6%2%1T1%1 6
1048019080 6 0%22
Ft / + !i>ura 25
Zelocidad6
3600,
@aE4153W a 'or el casco 50000 Lb/hora
.>ua de r"o tubos 128***+** Lb/hora
!t =m%
a% =masa"el &lui"o po) los %ubos
a)ea"e seccion%)ans(e)sal"el ha7"e %ubos
at 6 8%a% 144n 6400.54629pulg
2
144pulg21 'ie
2 6 0%1#0#'ies 2
*+ =128333.33
Lb
ho)a"eagua
0.1707pies2
= 751806268 L"/#r
$%&'
2
-
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Zelocidad 6
3600, 6751806.268Lb/ho)pie 2
360062.4Lb/pie3 6 *%*$9
'ie/s
Calcul) del c)e5iciente de 4elcula en el lad) de l)# tu=)#B% 25 se calcula el
-
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n) e#t en el rang) e#ti"ad) B*1, 1+
C)rregi")#;
.d 6 188%$:9'ie2
Ad /0+ 4ie*
Fact)r %7r"ic)T Ft/W
(& ) = 2.2 Ft = 0.8
UD= 3080000
188.49660.10.89
-
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+,;n la 'lanta de alimentos se quiere dise\ar un intercambiador de calor conla !inalidad de calentar 99$0 lb/hr de una soluci(n acuosa desde 507F hasta82%$7F 'ara lo cual se usa a'or de a>ua de 2507F% la 'lanta dis'one de tubosde 2x*] ,S de 9 'ies de lon>itud de acero inoxidable *0$ de 'lacas de$00mm x 90mm y 0%5 mm de es'esor tambiWn de acero inoxidable *0$ y detubos */8] 19 3Y? en cantidades su!icientes como 'ara la construcci(n decualquier ti'o de intercambiador de calor% ;n un estudio 'reliminar se hadeterminado que 'ara calentar la soluci(n acuosa la trans!erencia de calor enambos se realiVa correctamente y la relaci(n en costos entre unintercambiador de calor de doble tubo de 'lacas y de casco y tubos es de 1A2%5A 2%2res'ectiamente% &ise\e el equi'o m)s adecuado y si tuiera queele>ir entre dos de los equi'os elija el m)s econ(mico%
Las 'ro'iedades de la soluci(n acuosa a tem'eratura media sonA
'61%0$5 3tu/lb%7F
u6 18%5 lb/'ie%hr
I6 0%*$943tu/'ie2%hr%7F
-1
692%8lb/'ie*
r60%00*5
S)lucin;
-
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250
82.4167.6*
250
50
200F
o a'romedio6 2507F 4del a'or de a>uao ta'romedio6 99%27F 4de la soluci(n acuosa
Di#e() r4id)
1%0% 3alance tWrmicoAon res'ecto a la soluci(n acuosa
C6m+'+O
Q=6640lb
h1.045
B%u
lb 32.4 =224817.2
B%u
h)
on res'ecto al a'or de a>ua% ;n la tabla termodin)mica a2507 encontramos el calor latente de a'oriVacion que es :$5%53tu/lb%
m(apo) "eagua=224817.2B%u
h)
945.5B%u
lb
=273.776lb
h)
2%0% alculo de la LR&A
-
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L0DT=(T1%2 )(T2%1)
ln ((T1%2 )(T2%1 ) )
=200167.6
ln(
167.6
200)
=183.323
*%0% alculo del )rea de trans!erenciaA
+es%ima"a= Q
U"es%ima"oL0DT
&onde el U"es%ima"o 6 4100 - 500 3tu/hr%'ie2%7F
ara soluci(n acuosa con iscosidad ` 2 c' P a'or 6150 3tu/hr%'ie2%7F
+ es%ima"a=224817.2
B%u
h)
183.323 150 B%u
h).pie2.
=8.2pie2 _ 100 'ies2T ,%% doble tubo
$%0% ro'iedades de los !luidosA
Pr)4iedade# S)lucin acu)#a B+*2F Va4)r de agua B*12F
b 'tuMl= ------- :$5%5
C4 'tuMl=+2F 1%0$5 ---------
u l=M4ie+
-
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5%0% urso de los !luidos%- or el tubo interiorA a'or de a>ua- or el anuloA soluci(n acuosa
9%0% aracter"sticas de los tubos&el anulo &el tubo interior
o &i6*%098BB -% di6 2%09#BBo &o6*%5BB -% do62%*8BBo .t62%:$$ 'ul>2 -% at62%:$$ 'ul>2
o &eq61%5#5BB -% alt60%922 'ie2/'ie
#%0% alculo del coe!iciente de 'el"cula en el tubo interior 4ht 'ara el a'or dea>uaA
h%=J 5
(
k
"i
)(
*pu
k
)
1
3 :%
P)ime)olos calculos p)elimina)es pa)a laaplicacion "e la &o)mula.
Gs=237.776144
3.35 =10221
lb
h. pie2
8=2.06710221120.03146
=55961(lu;o %u)bulen%o)
omo se hace 'asar a'or de a>ua 'or los tubosA ht6 1500 3
-
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a'romedio6 2507F 4Z%de a>ua ta'romedio6 99%27F 4Sol% acuosa
%w=%a+ h%
h %+ho(Ta%a ) %w=66.2+
1500
1500+150(225066.2 )=233
-
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1*%0% alculo del U de horquillas 4@hA
8h= 2L
= 21pie
26 pie
ho)'uilla
=1.752 ho)'uillas
Ltcorre>idaA
co))egi"a=8h2L=2 ho)'uillas26 pie
ho)'uilla=24pies
.rea corre>idaA +co))egi"a=a=24pies0.622pies
2
pie=15pies2
1$%0% alculo de la ca"da de 'resi(n en el tubo interior 4OtA&atosA
-% g=4.18108
-%&=0.0035+
0.264
559610.42=0.006176
-% 6 0%0#2$$* lb/'ie*
& . G%2.<
72g"i=
0.0061761022122412
724.181080.0724432.067=0.041psi
P%=
Renor a 1 'si 'or ser >aseoso est) OJ
15%0% alculo de la ca"da de 'resi(n en el anulo 4OoA
Po= Pa+ Pes
&atos 'ara calcular Pa A
-% De-=Di"o=3.068 2.38=0.688pulg.
-% 8=D e
Gsua saturadoa 2*01F% Se dis'one de tubos [ & 1$ 3Y? y 10 'ie de lon>itud% Laresistencia a la incrustaci(n del a'or de a>ua se considera des'reciable%CuW ti'o de intercambiador se requiere 'ara esta o'eraci(n y cu)les son suscaracter"sticas
0+,'alance t7r"ic);
' etanol a 1007F 60%9* 3
-
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L0DT=90170
ln (90
170)=125.79
:+, Pr)4iedade# F#ica#;
ro'iedadeses'eci!icas
;tanol461007F
Za'or a>ua462217F
' 43tu/Lb%7F 0%92 0%$5J 0%85 0%012#r 0%001 ------
I 0%105 0%01*:5 $:%*5 0%0*9
+, Calcul) de A;
+= Q
UD TL=
3528000
75(125.79)=374pie2
El IC #er de Ca#c) ] %u=)++,
1+, Cur#) de l)# 5luid)#
Lado de uaA
tcP t 6 #0#-2*06$##7F
> agua / **'%UMl=
+, Caracter#tica# de l)# tu=)#;
[ gB& 1$ 3Y?
&060%#5BBa %60%1:9*5
&i60%58$BB &e60%:*#50BB
a% %60%29#8# L610'ie
-
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72/123
.rre>lo D t615/19
8%= +
La=
374
10(0.19635)
Nt/00 tu=)#
omo se hace 'asar a'or de a>ua 'or los tubosA
-
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%w=%+ hc
hc+h %(%(%) %w=100+
1500
1500+252.77(230100 ) %w=211.25
1calcula"o OJ
0+, 3alland) la cada de 4re#in en %U'OS;
P%=1
2(
& . G%2. L .n
5.22 .1010
.Di . s .:)
G%=3834.38
0.26787=14315.82 lb
h.pie2
-
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8=D .G%
< =
(0.58412 )(14 315.82)0.01272.42
=22669
on @Keen la !i>% 29 5/+**
(=22.74pie
3
lb("ela%abla "e(apo) )
s=
1
22.74
62.5=0.0007
P%=1
2 (0.00022(14315.82 )2102
5.2210100.58412
0.00071 ) P%=0.25psi
Pes=n.V
2
2 g .
144
V= G%3600.
= 14315.8236000.036
=110.5pies
Pes=
2(110.5)2
232.70.036
144 =0.095psi
PT=0.25+0.095=0 .345psi
-
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75/123
8=D e
Gs% 2: 5/**
P6=0.0022361197.11215.251
5.22 .10
100.5512
0.791.19
P6=1 .95psi
-
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del casco son 9 y 10 'si res'ectiamente% La tem'eratura de salida dela>ua 'ermitida como m)ximo es de 120F%
Se 'uede considerar que la ca"da de 'resi(n tanto en el lado de los tuboscomo en el lado del casco es 'ro'orcional Z2 hi y ho son 'ro'orcionales
a Z0%8y Z0%5res'ectiamente 4 es la elocidad de !lujo en 'ie/s>%
&atos @t6#2 L619'ies 1==& 12 3Y?
.ceite mineral '60%$5 btu/lbF S60%825 u6#%*$c'
E2
t16 ## 7F
.ceite mineral
1 62007F 2 6 1007F
t26 1207F
P%=2.4
Ps=1.0
Uc=80b%u/h) . pie2 4
h i=ho
T1=8080F
T2=
-
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A&PLIACION DE PLAN%A
FL
-
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CURSO DE LOS FLUIDOS
%U'O; Agua
CASCO; Aceite
CARAC%ERS%ICAS DE LOS %U'OS
1kk& 12 3Y?
&o61kk &i60%#52kk
.lt6 0%29180 .t6 0%$802:'ul>2
;ntoncesA
@t6 #2 n68
or lo tanto es de 'laca !ija
CALCULO DE Uc ;CALCULO DE Uc ;
ht6 hs
-
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CALCULO DEL AREA DE DISE8OCALCULO DEL AREA DE DISE8O
.& 6 4@t+4L%+4alt
.& 6 #2+0%29180+19
.& 6 *01%5:*9
CALCULO DEL CALOR ES%I&ADOCALCULO DEL CALOR ES%I&ADO
Q=m.cp.T
C6 12000+0%$5+4200-100C65$00003
-
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AREA RE!UERIDA;AREA RE!UERIDA;
A3ORA ANALIZARE&OS PARA EL FLU$O &ASICO DE ACEI%EA3ORA ANALIZARE&OS PARA EL FLU$O &ASICO DE ACEI%E
&INERAL&INERAL
C6 m+c'+D
C6 18000+0%$5+4200-1007F
C6810000 3
-
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Kdd _ Kdc
0%00$2 _ 0%005 @
-
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ao3e e oleo6na
100000"/# +1=10F+2=110 F.44...44...44.44FF
Agua
t1=80F
t2=120F
0*+-;n un 'roceso de una 'lanta qu"mica se en!r"an 100000 lb/h de a'or deoleo!ina desde 1:0 a 110F %'ara el en!riamiento se em'lea a>ua de rio desde
80 hasta 120F%;n esta o'eraci(n se est) usando un intercambiador de calorde casco y tubos 1-94&,625]@t6229%;l d'to% de dise\o de 'lanta ha detectadoque la e!iciencia de la o'eraci(n no es la requerida4el a'or de oleo!ina no seen!r"a hasta la tem'eratura deseada%ara dar soluci(n a este 'roblema se'ide a usted inesti>ue la de!iciencia% on el !in de mejorar la e!iciencia solosu>iera usar un intercambiador *-12 que se halla dis'onible en la 'lanta4&,625]@t6228 tubos
a uales son las causas de la ine!iciencia de la o'eraci(n delintercambiador
b Se 'odr) usar el intercambiador *-12 en lu>ar del 1-9 en !ormasatis!actorio orque 4'ara esta 're>unta solo considere laso'eraciones tWrmicas del intercambiador y no las ca"das de 'resi(n
)lculos 'ara intercambiador de calor de caso y tubos *-12
&,625 @6228
-
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Eallando las 'ro'iedades del a'or de oleo!ina y del a>ua a su tem'eratura'romedio que son de 1507F 1007F res'ectiamente%
ro'iedadeses'eci!icas
Za'or deoleo!ina
a>ua
'43tu/Lb%7F
0%$2 1
J 0%011 1%95r 0%001 0%002I 0%01* 0%*9* 0%25 92%$#
0+, 3aciend) el =alance t7r"ic) c)n re#4ect) al 6a4)r de )le5ina
Q=mai)e *pai)e T C6ma'or de oleo!ina+'+D
C6100000 lb/h+0%$2 3tu/Lb%7F+41:0-1107F
!/::'%UMua de rioLado del cascoA a'or de oleo!ina
:+, Caracter#tica# de l)# tu=)#; %a=la 0+0
1gB& 19 3Y?
&061BBa %60%29180
&i60%8#BB &e61%25000BB
-
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10F
120F
70F
110F
80F
30F
a% %60%5:$$# L612'ie
.rre>lo D
1, Calcul) de L&D%
L&D%/
TL=7030
ln(70
30)=47 .21
7.- Hallamos la masa de agua
C6ma>ua+'+D
**90000 3ualb/h+13tu/Lb%7F+4120-807F
"agua / l=M% con Z] y la 'rom del a>ua hallamos y corre>imos 3t /00H+:1/0:+1 '%UMiendo el EtA
hT=10940.871 =952 hT=952
alculo del coe!iciente de 'el"cula en el casco Es]
D#/*:+*1 t6 5/$] [ &
*=5
41=0.25
C/+*1
23.25
5 9 e923.25
e/0:+1
as=23.250.2514
14454
=0.452pie2
Gs=100000
0.452=221239
lb
h. pie2 8=
(0.7212)2212390.0112.42
8=498660
;n la !i>% 28 con @Kehallamos $3/1
hs=500(0.013
0.72
12)(0.420.0112.42
0.013 )1
3
hs=103 BTU
h . pie2.
alculo del coe!iciente total de trans!erencia lim'io
-
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1
UD=
1
93+0.003
UD=73
BTU
hpie2 .
Eallando el )rea de dise\oA
.d 6 228+0%29180+12
.d6#1#'ie2
&eterminando el ua hallamos y corre>imos 3t/ +:1/:1+'%UM
-
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87/123
orri>iendo el EtA
hT=6360.87
1 =553 hT=553
alculo del coe!iciente de 'el"cula en el casco Es]
D#/*:+*1 t6 5/$] [ &
*=5
41=0.25
C/+*1
23.25
5 9 e923.25
e/0:+1
as=23.250.2514
14454
=0.452pie2
Gs=100000
0.452=221239
lb
h. pie2 8
=(0.7212)221239
0.0112.42
8=498660
;n la !i>% 28 con @Kehallamos $3/1
hs=500(0.013
0.72
12)(0.420.0112.42
0.013 )1
3
hs=103 BTU
h . pie2.
alculo del coe!iciente total de trans!erencia lim'io
-
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1
UD=
1
89+0.003
UD=70 BTU
hpie2
.
Eallando el )rea de dise\oA
.d 6 229+0%29180+12
.d6#10'ie2
&eterminando el enerara un mayor tiem'o de residencia del !luido y'or consi>uiente una mayor trans!erencia de calor a 'esar de tener 'antallasm)s cortas%
a
on el 'aso del tiem'o se acu"ulan de4#it)#sobre las su'er!icies de
trans!erencia de calor de los intercambiadores que incrementan laresistencia tWrmica y hacen que disminuya la elocidad de trans!erenciade calor% ;l e!ecto neto de la acu"ulacin de de4#it)# #e cuanti5icamediante el llamado 5act)r de incru#tacin R5 que est) tabulado 'ara
los di!erentes !luidos% La acumulaci(n 'uede 'roducirse en la 'ared
-
7/26/2019 166474259 Ejercicios Resueltos de Int de Calor 1
89/123
interior en la exterior o en las dos simult)neamente lo cual se re!lejar)en el coe!iciente >lobal de trans!erenica de calor%
;s 'osible que la masa de !luido re!ri>erante en este caso el a>ua no
sea la cantidad requerida 'ara en!riar la corriente de a'or de oleo!ina%
;n un intercambiador de calor de doble tubo un !luido se en!r"a de *00 a2#57F calentando un !luido !rio de 100 a 2:07F% Si el !luido caliente esta enserie (mo ser"a la di!erencia erdadera de tem'eratura diidiendo lacorriente caliente enA 4a dos corrientes 'aralelas y 4b en tres corrientes'aralelas
-
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90/123
+2=275F
t1=100F
+1=300F
+2=20F
275
100
175
300
210
0
Eaciendo que el !luido caliente este en serie 'ara hallar LR&
L0DT=(T1%2 )(T2%1)
ln ((T1%2 )(T2%1 )
)
=90175
ln(90
175)=127.8
Eaciendo que el !luido caliente alla en 2 corrientes 'aralelas entonces
el !luido !rio ira en serie%
-
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91/123
ara la corriente !r"a en serie n] corrientes calientes en 'araleloA
P= {{T} rsub {1} - {t} rsub {2}} over {{T} rsub {1} - {t} rsub {1}}
1 = {n( {T} rsub {1-} {T} rsub {2} )} over {{t} rsub {2} - {t} rsub {1}}
P= {300-290} over {300-100} 1 = {2(300-275)} over {290-100}
P=0.05 K]60%29*
11 } ) log (1-!P} )} " {{1} over {n}} #!
1
n
10.05
2 =2.3
10.052 =2.3(
2
10.263) log [(10.263)( 10.05 )
1
2+0.263]
10.052 =1.4961 2=0.635
-
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92/123
= %=2(T1 %1)
%=0.635(300100)
%=127
C)nclu#in;
La di!erencia de tem'eratura no cambiaria considerablemente ya que LR& es
12#%87F y el %=127
Eaciendo que el !luido caliente alla en * corrientes 'aralelas y que el!luido !rio este en serie
P= {300-290} over {300-100} 1 = {3(300-275)} over {290-100}
P=0.05 K]60%*:5
10.052 =2.3(
3
10.395) log [(10.395)( 10.05 )
1
3+0.395]
10.052 =3.5246 2=0.2695
-
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93/123
= %=2(T1 %1)
%=0.2695 (300100 )=53.9
Se desea en!riar una meVcla >aseosa de 25#0 lb/hr de 12%8 lb/hr de
E*, y 2%$ lb/hr E*E desde 1$07F hasta 8*7F a 102 'sia% ara elen!riamiento se debe usar a>ua a ##7F Se dis'one de tubos de $] y de *] ,Scon numero de cedula $0%
Se 'ermite una ca"da de 'resi(n de 5'si en cada corriente% Se 'uede usar unintercambiador de doble tubo &e ser as" cuantas horquillas tendr"a el arre>lodel intercambiador
C >anado6 -C 'erdido
m+1+410$-##6 -4 2585.2lb
h0.2485
BTU
lb(83140 )
"/ 0:1+**1 l=M< de agua
Agua
77F 25852
lb/h
(ela
gaeoa
(ela
gaeo
a-
Agua
-
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94/123
Eallamos ariaci(n de tem'eratura media lo>ar"tmica y lue>o determinamos el )rea
con el )nicos Ud B*,1
DL6
366
ln (36
6) 619%#$
AREA ES%I&ADO;
.6Q
UDT L 636618.065
BTU
h
26 BTU
h.pie2
16.74 6 8$%** 'ie2
Solentes r>)nicos
-
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c' 0%81 0%018:
J 3tu / h%'ie2 7F 0%*58 0%01098
Klb/3pie 92%$ 0%$#
r
Fpiehr
Btu
.. 2
0%001 0%01
* Caracter#tica# de l)# tu=)#;
>: IPS tubos de 20'ies de lon>itud%
di/:+ d)/:+1
>i/+*0 at/H+: 4ulg*
Di/+* D)/+1
a)/:+0 4ulg* alt/+0H4ie*M4ie
De/0+0 D"/:+*
: Cur#) de l)# Fluid)#;
&ga#e#/2585+2 lb/h &agua/1*59+2* lb/h
,Lad) del tu=) interi)r;>ases
,Lad) del Anill);.>ua
Calcul) del C)e5iciente de tran#5erencia en el tu=) interi)r B"e_cla ga#e)#a;
hi 6 Hh 4k
"i + 4cp#
k 1/* + 4#
#$ 0%1$
di 6 *%098 'ul>adas + pie12pulg
-
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I 6 0%01098 3< /'ie 7F'% 6 0%2$85 3
-
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97/123
hi 6 5:0 4
0.01068
3.068
12 + 4
0.24850.04570.01068 1/*+ 4
#
#$ 0%1$
hi 6 25%19 3tu/hr +'ie2 +7F
ht 6 25%19+3.068
3.5 622%05
adas +pie
12pulg
I 6 0%*58 3< /'ie 7F'% 6 1 3
-
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98/123
?a 6
1356.225 Lb
ho)aaguac)u"a
3.14pulga"a2(
pie2
(12pulg )2)
6 921:9%*1 Lb/hr +'ie2
@re 6( 1.1412 pies)(62196.31Lb /ho)pie2)
1.9602lb /pie ho)a
@re 6 *01$%*1 *01$
Hh 6 12%8 4en cura de trans!erencia de calor lado de los tubos en la !i>2$
ho 6 Hh 4k
De + 4cp#
k 1/* + 4#
#$ 0%1$
ho 6 12%8 4
0.358
1.14
12 + 4
11.96020.3.58 1/* + 4
#
#$ 0%1$
-
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1
UD 61
U* M Kd 61
17.51 M 0%01
Kd 60%01 M 0%0016 0%011
UD / 0+ Q 01 '%UMida .6 L+alt
-
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.6 190'ie + 0%:1#pies
2
pie
A/ 0+H* 4ie#*
00 Calcul) de la cada de 4re#in en el lad) del tu=) interi)rT 4#ia;
O t 6&2LT
72g,"i
?t 650$$2%:*Lb/hr +'ie2
, 6 0%$# Lb/'ie*
L 6190 'ies
di 6 *%098 'ul>adas +pie
12pulg
> 6 $%18 +108 'ies/hr2
NRe / 281:99%*2
! 6 0%00*5 M0.264
(281966.32)0.42 60%00$:
O t 6
50442.93
(0.0049)( 2)160
(72)(4.18108 )(0.47 )( 3.068112
)
60%55 'sia
Pt / +11 1 4#ia B)
0*Calcul) de la cada de 4re#in en el lad) del tu=) e>teri)r ) anul)
-
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O . 6 O a M O es
Salida de 'resi(n en los tubos entradas y salidas
O a 6&Ga2LT
72g,De-
De- 6 &i - do 6 4$%029 P *%5 'ul> 6 0%529
'ul>adas
@re 6De Ga
#
@re 6(0.526pulgpie12pulg)(62196.31Lb/ho)pie 2)
1.9602Lb/pieho)a
Nre / 0:+0
! 6 0%00*5 M0.264
(1390.81)0.42 6 0%0191
O a 6
62196.31
21600.0161
O a 6 0%12 'sia
O es 6n(2
2.g + ,
144 ( 6Ga
3600,/ 'ies /se>
-
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n 6 nQmero de horquillas
>B 6 *2%1# 'ies /se>2
( 6
360062.4Lb/h
62196.31Lb
h)pie 2
6 0%28 'ies /se>
O es 64(0.28pies/ seg)2
232.17pies /seg2 + 62.4Lb/pie3
144 6 0%0021 'sia
O . 6 O a M O es 6 0%12 'sia M 0%0021'sia
PA / +0**0 4#ia 1 4#ia B)+
R4ta; Si se 'uede usar un intercambiador de doble tubo de $+*],S el arre>lo del intercambiador tendr"ahorquillas%
-
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0ara en!riar 1$0000 lb/hr de extracto but"lico desde 88F hasta $1F se
tiene una soluci(n de cloruro de calcio a 2$%8F que 'uede calentarse hasta$1F% ara realiVar tal o'eraci(n se quiere dise\ar y construir unintercambiador de calor y 'ara ello se cuenta con tubos de */$ & 193Y? 8 'ies de lon>itud y de acero inoxidable *0$% Las 'ro'iedades !"sicasde los !luidos sonA
E>tract) =utlic) +1F Cl)rur) de calci) :*+F
' 0%59 0%98 3tu/lb%F
*%# 5%1 c'I 0%0:9 0%*2 3tu/hr%'ie%F
r 0%001 0%00*5
loruro de calcio
t16 2$%8 7F
estracto but"lico
1 6887F 2 6 $17F
1$0000 Lb/hr
t26 $17F
CALCULO DEL CALOR NECESARIO
C6 m+c'+D
C6 1$0000+0%59+4$#7F
C6*98$800 3
-
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DISE8O RAPIDO
;stimac% de
-
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Cal)rE#4ec5ic)
0%59 0%98
Vi#c)#idad *%#+2%$2 5%1+2%$2
C)nducti6idad%7r"ica
0%0:9 0%*2
r 0%001 0%00*5
CURSO DE LOS FLUIDOS%U'O; cl)rur) de calci)
CASCO; e>tract) =utlic)
CURSO SUPUES%O
,ntercambiador de casco y tubo de [BB de di)metro
3Y?619
t615/19
asos de 41-$
CARAC%ERS%ICAS DE LOS %U'OS
[[ E-%ERNOE-%ERNO ;; 0%#5 ==0%#5 ==
[[ IN%ERNOIN%ERNO ;; 0%92==0%92==
'G ;'G ; 1919
atat ;; 0%1:9*5 'ul>0%1:9*5 'ul>22
altalt ;; 0%*:2#0 'ie0%*:2#0 'ie22/'ie/'ie
[[ E!UIVALEN%EE!UIVALEN%E A 0%:*#A 0%:*#
;S &;FL; A 12 ;S &;FL; A 12
ES%I&ADO DEL NU&ERO DE %U'OS
-
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CALCULO DE 3%;LADO DE LOS %U'OS
?t61#0*599%$89 lb/pie2F
HT CORREGIDO
Ht=442*di/do=442*0.62/0.75
-
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Ht=365
CALCULO DE 3S ;
C=0.375- 0.75= 0.1875
CALCULO DE Uc ;CALCULO DE Uc ;
-
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CALCULO DE UD ;
CALCULO DEL AREA DE DISE8OCALCULO DEL AREA DE DISE8O
.& 6 4@t+4L%+4alt
.& 6 908+0%2:*#+8
.& 6 1$28%59
1=T1T2%2%1
1=30010010085
1=13.33
-
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6=%2%1T1%1
6=1008530085
6=0.07
U 9 U: 84 9 0.12 O CU;asoil de ** ., que 'asa cerca de latorre a 5*0F dis'onible en cantidades relatiamente ilimitadas %&ebido a queel costo de bombeo de >asoil !r"o es 'rohibitio la tem'eratura de >asoil delintercambiador de re>reso a la l"nea no deber) ser menor de *00F%
Se dis'one de un intercambiador 1-2 de 25 'ul>adas &i con 252 tubos de 1'ul>ada de &; 1* 3Y? y 19B0BBlar>o arre>lados es seis 'asos en arre>lotrian>ular de 1 ] de 'aso%
Los de!lectores de la coraVa est)n es'aciados a 5 'ul>adas de los centros %Se
'ermite una ca"da de 'resi(n de 10 lb/'ul>2 en el >asoil y de 15 lb/'ul> en lal"nea de alimentaci(n%
-
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Ser) el intercambiador ace'table si se lim'ia% Si es as" cu)l ser) el !actor deobstrucci(n%
ara el >asoil las iscosidades son 0%$ centi'oises a 5*0F y 0%#centi'oises a *00F% ara el crudo las iscosidades son 0%:
centi'oises a 285F y 2%1 centi'oises a 1#0F 4inter'(lese F senti'oises en un 'a'el lo>ar"tmico%
t16 5*07F
?asoil **7.,
.ceite crudo
1 61#07F 2 6 2857F
t26 *007F
CALCULO DE LAS %E&PERA%URAS CALORICAS
E u rag, :' t'%'ratura :' 230F 34 A? ' '' ' a fgura 17
' @
@C=0.40 F=0.451
-
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PROPIEDADES FSICAS
PROPIEDADES
FSICAS UNIDADES
ACEI%E CRUDO:02API
GASOIL::2API
Cal)rE#4ec5ic)
0%515 0%9*5
Vi#c)#idad 1%::9 0%55$
C)nducti6idad%7r"ica
0%0#55 0%0#0
r 0%00* 0%002
Densidad 0%81+92%$ 0%#9+92%$
DISE8O RAPIDO
;stimac% de
-
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CURSO DE LOS FLUIDOS
%U'O; aceite crud)
CASCO; Ga#)il
CARAC%ERIS%ICAS DEL IN%ERCA&'IADOR DE CALOR
CORAZA
&s6 25'ul>
36 es'acio de los de!lectores6 5kk
asosA 1
%U'OS
@7 de tubos 6 252 lon>itud 6 19kk
t6 1kk 3Y?6 1 kk 'asosA 9
CALCULO DEL CALOR ES%I&ADOCALCULO DEL CALOR ES%I&ADO
Q=m.cp.T
C6 1$:000+0%515+4285-1#0
C6882$525 3
-
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6=%2%1T1%1
6=1008530085
Ft6 0%85 6=0.07
CALCULO DE 3%;LADO DE LOS %U'OS
?t6::1*51 lb/pie2F
HT CORREGIDO
Ht=186.5*di/do=186.5*0.81/1
Ht=151.065
-
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CALCULO DE 3S ;
C=1.25- 1= 0.25
CALCULO DE Uc ;CALCULO DE Uc ;
-
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CALCULO DE UD ;
CALCULO DEL AREA DE DISE8OCALCULO DEL AREA DE DISE8O
.& 6 4@t+4L%+4alt
.& 6 252+0%29180+19
.& 6 1055%5#
AREA RE!UERIDA;AREA RE!UERIDA;
C?LCULO DE LA CADA DE PRESI@N EN LOS %U'OS
-
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CALCULO DE DE PRESI@N DE RE%ORNO;
CALCULO DE DE PRESI@N EN EL CASCO;
-
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-
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PRO'LE&AS PROPUES%OS DE CONDENSACION
+, Se in>resa 5#000 lb/hr de hexano casi 'uro a la coraVa de un condensadorertical 1-2 a 5'si> y 2207F% ;l ran>o de condensaci(n es de 1## a 1#07F aesta tem'eratura se en"a al almacenaje% ;l a>ua de en!riamiento es usada
entre :0 y 1207F% Se dis'one de un condensador de *1] de &, 950 tubos de[] 193Y? 19B de lar>o $ 'asos en los tubos con arre>lo trian>ular de 1]% Losde!lectores se encuentran a 18]% alcule la di!erencia erdadera detem'eratura el !actor de obstrucci(n y las ca"das de 'resi(n%
0+ 'alance de cal)r
3e>an) en el de#)=recalenta"ient)4'60%$5$ 3tu/lb 7F a 1:8%5 7F
!06 5#000+0%$5$+4220 - 1##61112#5$ 3tu/hr
C)nden#acin
;ntal'ia hexano a'or a 1:%# 'sia y 1##7F 6*$0 3tu/hr
;ntal'ia hexano liquido a 1:%# 'sia y 1#07F 6185 3tu/hr
!*6 5#000+4*$0 - 185688*5000 3tu/hr
!%6C1M C26 ::$##5$ 3tu/hr
"3*O6 C
/'+D 6 ::$##5$/41+4120 P :0 6 **15:1%8 lb/hr.tagua6 88*5000/41+ **15:1%8 6 29%9$ 7F en la c)nden#acin
*+ .t 'alancead) B4aralel),c)nden#ad)r 6ertical
&esobrecalentamiento
4Dtd6:9%2 7F
C)nden#acin
4Dtc 695%$ 7F
Eallando la di!erencia erdadera de tem'eratura
.t / !%M B!0M4Dtd M !*M4Dtc
Fluidoaliente
Fluido !rio &i!erencia
200 7F :0 7F 110 7F1## 7F :*%*9 7F 8*%9$ 7F
Fluidoaliente
Fluido !rio &i!erencia
1## 7F :*%*9 7F 8*%9$ 7F1#0 7F 120 7F 50 7F
-
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.t / ::$##5$MBB1112#5$M:9%2 M 488*5000M95%$ 6 H+ 2F f+r4ta
:+ Caracter#tica# del interca"=iad)r+
i'o A &e caso y tubo 1-$
ubos A [] &T 19 3Y?
Lon>itud A 19B
@umero de tubos A 950
&istancia entre centros A t 6 15/19]
.rre>lo A rian>ular
antallas A Fijas al 25X
.rea transersal A 0%*01:1 'ul>2
.rea lateral lon>itudinal A 0%1:9*5 'ie2/'ie
&i)metro interno A 0%92]
@umero de 'asos en los tubos A n 6 $
&s 6 *1] e 6 18]
c 6 t P &; 61 P 0%#5 60%25]
omo el ran>o de tem'eraturas es menor o i>ual a :*F elintercambiador es de 'laca !ija%
+ Cur#) de l)# 5luid)#
ascoA hexano
ubosA a>ua blanda
1+ Fluid) caliente; ca#c) Ban)
De#)=recalenta"ient)
as6 &s x c x e / 41$$ x t
as6 *1 x 0%25 x 18 / 41$$ x 1 6 0%0%:98#5 'ie2
?s 6 ms/ as6 5#000 lb/hr / 0%:98#5 'ie26 588*8%#1 lb/hr%'ie2
. tem'eratura 1:8%5 7F 4hexano
J 6 0%01:1 lb/hr%'ie
-
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&e 6 0%#*] !i> 428
f 6 0%010* btu/hr%'ie%F
Kes6 &ex?s/!6 40%#*/12 'ie x 588*8%#1 lb/hr%'ie2/0%01:1 lb/hr%'ie
Kes6 18#$00%8 HE 6295 !i> 428Eallando ho 6$2%$ btu/hr%'ie2%F
+ Fluid) 5ri); tu=)#Bagua
at6 @t x atB / 1$$ x n 6 950 x 0%*01:1 'ul>2/ 1$$ x $ 6 0%*$1 'ie2
?t 6 mt/at64**15:1%8 lb/hr/0%*$1 'ie26:#2$0:%:# lb/hr%'ie2
Z 6 ?t / *900 x 6 :#2$0:%:# lb/hr%'ie2/ *900 x 92%$ lb/'ie*
Z 6 $%** 'ie/se>
or tratarse de a>ua recurrimos a la !i>ura 25 del manual 'ara hallar elalor de hi en !unci(n de la elocidad 4'ie/se>%%
hi 6 11*0 btu/ hr%'ie2F
ht6 hi x &i / &
ht6 11*0 btu/ hr%'ie2F x 0%92] / 0%#5]
ht6 :*$ btu/ hr%'ie2F
H+ C)e5iciente t)tal li"4i) Ud de de#)=recalenta"ient)
-
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t 6 4:0M120/2 6105 7F
t6 t M4ho+4t P t/4ho M ht
t! 6 4tMt/2
1 su'onemos un ho 6110entonces reem'laVando la t! 6 1$* 7F
I!6 0%0##:
J!60%5599
s!60%99
ho4J!2/4I!*%4 s!+92%$2%>41/*61%54$+?o/J!4-1/*
Kesultando ho 610$
or lo tanto consideramos ht6 ho 6 105
0+C)e5iciente t)tal li"4i) Uc de c)nden#aci)n
-
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-
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Keem'laVando alores
DS6 40%00122 x 588*8%#12x 4*1/12 x1%##/ 4 5%22x1010x 40%#*/12 x *%2x 1
DS6 0%002 'si%
C)nden#acin
@ M1 612 + Lc/e612+1*%*$$/18 68%8:9
. 1#*%5 7F
!60%018*:
s!60%99
Kes6 &ex?s/!6 40%#*/12 'ie x 588*8%#1 lb/hr%'ie2/0%018*: lb/hr%'ie
Kes6 1:$915
&e acuerdo con la !i>ura 2: del manualA ! 6 0%00125
DS6 1 x ! x ?s2x &s x 4@M1 / 42 x 5%22 x 1010x &e x s
Keem'laVando alores
DS6 41x0%00125x588*8%#12 x 4*1/12 x8%8:9/ 42x5%22x1010x 40%#*/12 x0%99
D 0 02$ i
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