diseño termohidráulico de intercambiadores de...

Diseño termohidráulico de intercambiadores de calor Semana: 5\Sesión: 1

Diseño Termohidráulico de Intercambiadores de Calor.

Horario de clases: Martes y Jueves, 7:00-10:00 hrs.

Horario de asesorías: Jueves de 15:00-17:00 hrs.

Aula: B-306

Trimestre: 13I

Curso: 2122096

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Intercambiadores de tubo y coraza

• ¿Porqué los intercambiadores de tubo y coraza?

• Información de los tubos (DE) se encuentra en la tabla 10 del apéndice.

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Intercambiadores de tubo y coraza • Coraza: • Se mide como tubería basado en el diámetro interior (IPS) .

1. Coraza, 2. Cabezales de tubo o espejos, 3. bridas, 4. tapas, 5. deflectores (para general turbulencia), espaciadores de deflectores

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Intercambiador 1-2

Tubos fijos y removibles

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Intercambiador 1-2: con tubos en U

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• Cálculos: – Velocidad másica: Gs = W/as

– B = espaciado de deflectores

– Diámetro equivalente:

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[ ] 2

144CT

ID C´ Ba ftP×

= =×

( )

( )

2 20

0

212 0

12 0

4

4 4

4 1 2 0 86 4

Te

T Te

área _ libreDeperímeto _ mojado

P d /d

d

/ P . P d /d

d

π

π

π

π

×=

× −=

× × −=


Coeficiente de transferencia de calor

• Lado de la coraza:

• Una buena aproximación puede ser:

7

0.1410.55 30.36o e e s

w

h D D G ck k

µ µµ µ

=


Coeficiente de transferencia de calor

– Los mayores coeficientes de película se general cuando hay

mayor turbulencia ¿porqué?

– Utilizar figura 28 del apéndice. Se calcula el Reynolds y se obtiene jh

– Se debe calcular el diámetro equivalente.

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9


Coeficientes de transferencia de calor

• Seider y Tate propusieron esta correlación para los coeficientes de película, que puede ser utilizada para calentamiento o enfriamiento:

• Laminar

• Turbulento:

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• Cálculos: – Verdadera MLDT para intercambiadores 1-2.

Suposiciones:

1. La T en el fluido de la coraza está una T isotérmica promedio en cualquier sección transversal.

2. El área de calentamiento en casa paso es igual

3. El U total es constante

4. La razón de flujo de cada uno de los fluidos es constante.

5. Cp constante

6. No hay cambios de fase

7. Pérdidas de calor despreciable.

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• Cálculos: – Q

– FT se obtiene con fig 18- Fig 21

• No es aconsejable o práctico usar un intercambiador 1-2 cuando el factor de corrección FT calculado, sea menor de 0.75. En lugar de él, se requiere algún otro arreglo que asemeje más al flujo en contracorriente

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( )TQ UAF MLDT=

1 2

2 1

T TRt t−

=−

2 1

1 1

t tST t−

=−


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• Cálculos: – Caída de presión en la coraza:

• Proporcional al número de veces que el fluido cruza los tubos entre los deflectores. Y la distancia a través del haz , cada vez que lo cruza.

– El de es el mismo que se explico anteriormente.

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( ) ( )2 2

0 14 0 14 210

1 1

2 5 22 10

c C c CC . .

e ew w

fG D N fG D N libraPft

g D . D sµ µρµ µ

+ + ∆ = = =

×

2

ρρ

=H O

s2 362 5ρ =H O

l b.ft

824 18 10= ×

ftg .h


16

( ) ( )

( )

( )

( )

2 2

0 14 0 14 210

2 2

2 2

0 148 10

2 3 2 3

1 1

2 5 22 10

1 1

2 4 18 10 62 5 5 22 10

µ µρµ µ

µµ

+ + ∆ = = =

×

+ + ⋅ ⋅ = =

× ×

c C c CC . .

e ew w

.

w

fG D N fG D N libraPft

g D . D s

l b l bf ft N f ft Nh ft h ft

ft lb ft lb. . ft .h ft h ft

( )

( ) ( ) ( )

0 14

2 2

2 4 2 3

22 2 210 10 10

2 3 2 3

1 1 1

5 22 10 5 22 10 5 22 10

µµ

+ + +⋅ ⋅= = = = × × ×

.

w

ft

l b l b l bft N N N lbh ft h ftftft lb ft lb ft. . .

h ft h ft



• Cálculos: – Caída de presión en los tubos:

– n= número de pasos en los tubos

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2

2105 22 10

tubotubo

ew

fG Ln libraPft

. D s µµ

∆ = = ×

2

2

42r

n V libraPs g' ft

∆ = =

T tubos rP P P∆ = ∆ + ∆

[ ]232 2=ftg' .

se g


• Figura 27

18

∆ rP

13600

ρ=

tGVhseg


• Al iniciar los cálculos el primer punto a atacar es determinar si el flujo caliente o frío deberá pasar por la coraza. No hay una regla rápida para esto. Una corriente puede ser grande y la otra pequeña, el espaciado de los deflectores puede ser tal que en cierta vez el área de flujo del lado de la coraza, sea grande. Afortunadamente cualquier selección se puede corroborar intercambiando las dos corrientes y viendo qué arreglo da los mayores valores de U, sin exceder la caída de presión permitida. Particularmente y en preparación para métodos posteriores hay alguna ventaja, sin embargo, de empezar los cálculos por el lado de los tubos, y será conveniente establecer este hábito.

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Esto se va facilitado con el uso del programa que están realizando..!!


Datos y condiciones requeridas

• Temperatura de entrada y salida • Flujo másico, • Capacidades caloríficas de los fluidos • Gravedad específica (Tabla 6 apéndice) • Viscosidad • Conductividad térmica • Caída de presión • Factor de ensuciamiento. • Caída de presión

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Datos y condiciones requeridas

• Para el intercambiador se deben conocer – Lado coraza

• Diámetro interior

• Espaciado de los deflectores

• Pasos

– Lado de los tubos • Número y longitud de tubos

• Diámetro externo, BWG (calíbre)

• Arreglo

• Pasos

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