En una nueva instalación es necesario precalentar 149000 lb/h de aceite crudo de 34 °API de 170 a 285 °F, correspondiente al plato de alimentación de una torre fraccionadora. Hay una línea de gasoil de 33 °API que pasa cerca de la torre a 530 °F, disponible en cantidades relativamente ilimitadas. Debido a que el costo de bombeo de gasoil frio es prohibitivo, la temperatura de gasoil del intercambiador, de regreso a la línea, no deberá ser menor de 300°F. Se permite una caída de presión de 10 lbf/plg2 en el gasoil y de 15 lbf/plg2 en la línea de alimentación. Determine el(los) intercambiador(es) adecuados para este requerimiento.

Selección del intercambiador

T1=530°F t1=170°F m c=149000 lb /h

T2=300°F t2=285°F

34°API 170°F cp=0,51 BTU/LB °F Figuran° 4

33°API 530°F cp=0,71 BTU/LB °F

Q= (mcp ) c×(t 2−t 1) = (149000 lb/h x 0,51 BTU/LB °F) (285°F-170°F)

Q=8738850 BTU /h

Q= (mcp ) h×(T 1−T 2)˙

m h=¿ Qcph×(T 1−T 2)

¿ ˙m h=¿53514,08 l b/h¿

Fluidos

Fluido T1 (°F) T2 (°F) °API Posición Estado m (lb/h)Gasoil 530 300 33 Coraza Caliente 149000

Aceite crudo 170 285 34 Tubos Frio 53514,08

Temperaturas

530 Caliente 300 230 ∆Th=245170 Frio 285 115 ∆Tc=130

∆T1=360 Diferencia ∆T2=15 345

∆ Tml=∆ T 1−∆ T 2

ln∆ T 1∆T 2

=345

ln( 36015 ) = 108,55 °F

∆ Th∆ Tc

=T 2−t 1T 1−t 2

∆ Th∆ Tc

=0,53 Figuran° 17

Kc=0,42

Fc=0,425

Tc=T 2+Fc × (T 1−T 2 ) Tc=300+0,425 ×230 = 397,75 °F

tc=t 1+Fc ×(t 2−t 1) tc=170+0,425 ×115 = 218,87 °F

R=T 1−T 2t 1−t 2

=230115

=2

S= t 2−t 1T 1−t 1

=115360

=0,32

Ft=0,88 Será satisfactorio un intercambiador 1-2 Figura n°18

∆ T=Ft × ∆ Tml=0,88 ×108,55 ° F

∆ T=95,53° F

Selección de tuberías (tabla n°9 y 10)

Tubos CorazaDE= 1 pulg DI= 31 pulg

DI=0,81 pulg De=0,72 pulgn=6 Pasos C´=0,25 pulgL= 16 pulg Pt=1,25 pulg

a´t=0,515 pulg2 B=7 pulga¨=0,2618 pie2/ pies Lin N=424

BWG=13 Arreglo Triangular

Según los fluidos de trabajo y la Tabla n°8 el Ud se encuentra entre 40-60

Ud=53

A= QUd × ∆ T

= 873885053 × 95,53

=1726 pies2

N= AL ×a¨

= 172616 × 0,2618

=412,05

Según la tabla n° 9 el número de tubos a utilizar serán 424

Ud corregido

A=424 × 16 ×0,2618=1776,05 pies2

Ud= 87388501776,05 × 95,53

=51,51

Fluido Frio, Tubos, aceite crudo

Área de flujo:

at= Nt ×a ´ t144 × n

=424 × 0,515144 ×6

=0,253 pulg2

Masa vel:

¿= mat

=1490000,253

=589558,53lb

pie h

A tc=227,5° F µ=1,1 cp μ=1,1 × 2,42=2,66 lb / pie h Figura n° 14

D=0,810/12=0,0675 pie

ℜ=D> ¿μ=0,0675 × 589558,53

2,66=14949,36¿

Según Figura n° 24 JH = 50

Para μ=1,1 cp y 34 ° API Figuran° 16

κ ¿¿

hi=JH κ ¿¿¿

hiϕt

=50 ×0,185

0,0675=137,04 Btu/h pie2° F

Tomando en cuenta que ϕtes igual a 1

hi=137,04 Btu /h pie2 ° F

hio=hi×DIDE

=137,04 ×0,810

1=112,002 Btu/h pie2° F

Fluido caliente, Coraza, Gasoil

Área de flujo:

B=7 pulgC ´=0,25 pulg

as= DI ×C ´ × B144 × Pt

=31 ×0,25×7144 × 1,25

=0,3014 pie2

Masa vel:

Gs= mas

=53514,080,3014

=177558,25lb

h pie2

A Tc=415 ° F µ=0,55 cp μ=0,55× 2,42=21,33 lb / pieh Figura n° 14

De=0,72/12=0,06 pie

ℜ=De Gsμ

=0,06 ×177558,251,33

=8004,13

Según Figura n° 28 JH = 50

Para μ=0,55 cp y33 ° API Figuran ° 16

κ ¿¿

ho=JH κ ¿¿¿

hoϕs

=50 ×0,1550,06

=129,17 Btu/h pie2° F

Tomando en cuenta que ϕses igual a 1

ho=129,17 Btu/h pie2° F

Caídas de Presión:

Tubos:

ℜ=14949,36

f =0,00017 Figura n° 26

s=0,79Figura n °6

∆ Pt= f ׿2× L × n5,22×1010× D × s× ϕt

=0,00017× 589558,532× 16 ×65,22 ×1010 ×0,0675 × 0,79× 1

∆ Pt=2,038 lb / pulg2

Coraza:

ℜ=8004,13

f =0,00021 Figuran ° 29

s=0,73Figura n °6

Ds=31 /12=2,58 pie

( N+1 )=12 L/ B=12 ×6 /7=27,43

∆ Ps=f × Gs2× Ds×(N+1)

5,22 ×1010× De × s× ϕs=0,0002 ×177558,252×2,58 × 27,43

5,22× 1010× 0,06×0,73 ×1

∆ Ps=0,139 lb / pulg2

Coeficiente total limpio Uc

Uc=hio ×hohio+ho

=111,00 ×129,17111,00+129,17

=59,689 Btu /h pie2 ° F

Factor de obstrucción Rd:Ud

Rd=Uc−UdUc × Ud

=59,698−51,5159,698× 51,51

=0,003 h pie2° F / Btu

Según la Tabla n° 12 Factores de obstrucción pág. (851)

Para gas-oíl 500°F y mas el Rd será 0,003

129,17 h exterior 111,00Uc 59,698UD 51,51Rd Calculado 0,003

0,139 ∆ P Calculado 2,03810 ∆ P Requerido 15

El intercambiador final será.

Tubos CorazaDE= 1 pulg DI= 31 pulg

DI=0,81 pulg De=0,72 pulgn=6 Pasos C´=0,25 pulgL= 16 pulg Pt=1,25 pulg

Arreglo Triangular B=7 pulgBWG=13 N=424

Glosario:

A Superficie de transferencia de calor, pies2Acr,Ag,Ah Superficie de transferencia de calor de enfriador, intercambiador

y calentador, pies2a Area de flujo, pies*a¨ Superficie externa por pie lineal, piesB Espaciado de los deflectores, plgC Calor específico de los flui.dos calientes en las derivaciones,

Btu/(lb) ( °F)C´ Espaciado entre los tubos, plgc Calor específico del fluido, Btu/ (Ib) ( °F)

D Diámetro interior de los tubos, piesDs Diámetro interior de la coraza, piesDe Diámetro equivalente para transferencia de

calor,piesD Diámetro interior de los tubos, plgDe Diámetro equivalente para transferencia de calor

caídaPFc Fracción calórica, adimensionalFt Factor de diferencia de temperatura, t = F, X

MLDT, F Factor de fricción, piesz/plgzG Masa velocidad, lb/(h)(piez)g Aceleración de la gravedad, pies/hzg´ Aceleración de la gravedad, pies/segzh,hi,ho Coeficiente de transferencia de calor en

generalhio Valor de hi referido al diámetro exterior del tubo,JH Factor para transferencia de calor, adimensionalKc Constante calórica, adimensionalK Conductividad térmica, Btu/ (h)(pie*) (“F/pie)L Longitud del tubo, piesMLDT Media logarítmica de la diferencia de temperatura,

‘FN Número de deflectores en la corazaNt Número de tubosn Número de pasos en los tubosPt Paso de los tubos, plgAp Caída de presión total de los tubos y de regresoR Grupo de temperatura, (T, - TB)/(tz - tl)

adimensional

Rd Factor de obstrucción, (h)(piez) ( “F)/BtuRe Número de Reynolds para transferencia de calor S Gravedad específica, adimensionalTs Temperatura óptima de salida del fluido caliente ∆T Diferencia verdadera de temperatura en Q = U,AAt,

“F∆tc;∆th Diferencia de temperatura terminal fría y caliente, “FUc Coeficientes de transferencia de calor limpio y de

diseñoϕ Relación de viscosidad, (p/ptO)O.l”μ Viscosidad, centipoises X 2.42 = Ib(pie)(h)μw Viscosidad a la temperatura de la pared del tubo

Suscritos (excepto los anotados)s Corazat Tubos

Apéndice:

Tabla n°8