intercambiador tubo y coraza

•Intercambiador de Calor•Intercambiador de Calor

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indice

Asesor: Asesor: •I.Q. Juan Ramón Cuesta MohenoI.Q. Juan Ramón Cuesta Moheno

UNIVERSIDAD DE GUANAJUATOUNIVERSIDAD DE GUANAJUATO

FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICASFACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS

EQUIPOS DE TRANSFERENCIA DE CALOREQUIPOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR

IQ-30305IQ-30305

UNIVERSIDAD DE GUANAJUATOUNIVERSIDAD DE GUANAJUATO

FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICASFACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS

EQUIPOS DE TRANSFERENCIA DE CALOREQUIPOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR

IQ-30305IQ-30305

Guanajuato, Gto., 26 de AbrilAbril del 2006Guanajuato, Gto., 26 de AbrilAbril del 2006Presentan:

Diego Omar Márquez AlvizuCristian Luciano Guerrero Ramírez

Presentan:Diego Omar Márquez Alvizu

Cristian Luciano Guerrero Ramírez

Problema 6.5Problema 6.5Problema 6.5Problema 6.5Donald Q. KernDonald Q. KernDonald Q. KernDonald Q. Kern

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12 000 lb/h de aceite lubricante de 26 °API 12 000 lb/h de aceite lubricante de 26 °API (véase el Ej. 6.3 en el texto para viscosidades) deben (véase el Ej. 6.3 en el texto para viscosidades) deben enfriarse de 450 a 350 °F, calentando kerosena de enfriarse de 450 a 350 °F, calentando kerosena de 42°API de 325 a 375 °F.42°API de 325 a 375 °F. Se permite una caída de presión de 10 lb/plgSe permite una caída de presión de 10 lb/plg2 2 en ambas en ambas corrientes y debe considerarse un factor de obstrucción corrientes y debe considerarse un factor de obstrucción mínimo de 0.004. mínimo de 0.004.

(a)¿Cuántas horquillas de doble tubo de 2 (a)¿Cuántas horquillas de doble tubo de 2 1/41/4 por por 111/21/2 plg IPS de 20 pies se requieren? plg IPS de 20 pies se requieren?

(b) ¿Cómo deberán arreglarse? (b) ¿Cómo deberán arreglarse?

(c) ¿Cuál es el factor final de obstrucción?(c) ¿Cuál es el factor final de obstrucción?

Problema 6.5Problema 6.5Problema 6.5Problema 6.5Donald Q. KernDonald Q. KernDonald Q. KernDonald Q. Kern

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DATOS CONOCIDOS

Aceite Lubricante 26°API

Kerosena 42°API

Flujo de aceite Lubricante 12000 lb/hr

Temperatura. Entrada de aceite lubricante

450°F

Temperatura Salida De aceite lubricante

350°F

Caída de Presión 10 lb/in2

Factor de obstrucción 0.004

Temperatura. Entrada Kerosena

325°F

Temperatura Salida deKerosena

375°F

EsquemaEsquemaEsquemaEsquemaProblema 6.5Problema 6.5Problema 6.5Problema 6.5

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Problema 6.5Problema 6.5Problema 6.5Problema 6.5SoluciónSoluciónSoluciónSolución

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Estamos Perdiendo “CALOR SENSIBLE”

1) BALANCE DE CALOR

Q Ganado Kerosena = Q perdido Aceite Lubricante

Q perdido AL=(12000 lb)(0.62)(450-350)Q perdido AL=744000 Btu/hr744000 Btu/hr= Mk(0.63)(375-325)Mk=23,619.04762 lb/hr

Flujo CalienteFlujo Caliente Flujo FrioFlujo Frio DiferenciaDiferencia

450°F450°F Alta Alta TemperaturaTemperatura

375°F375°F 75°F75°F ∆∆TT22

350°F350°F Baja Baja TemperaturaTemperatura

325°F325°F 25°F25°F ∆∆TT11

50°F50°F ∆∆TT2 2 - ∆T- ∆T11


siguiente

anterior

NOTA: Sera imposible poner 30367.34694 lb/hr de Kerosena en una sola tubería o anulo, ya que el area de flujo en cada uno de ellos es muy pequeña.Supongase, como prueba, que se emplearan dos corrientes en paralelo.

2) CALCULO DE ΔTML

ΔT1 = t1-T2 =25 °FΔT2 = t2 – T1 = 75 °F

ΔTML = ΔT2 - ΔT1/ln(ΔT2 / ΔT1 )

ΔTML= (50 °F)/ln(75 °F/25 °F) = 45.5 °F

3) TEMPERATURAS CALORICAS

Δfc/ Δth = 25/75 = 0.3333 Datos de la Figura-17 Kc = 1.125 Fc = 0.34

Tc = 350 °F + 0.34(450 °F – 350 °F) = 384 °Ftc = 325 °F + 0.34(375 °F – 325 °F) = 342 °F


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4) AREA DE FLUJO

Área anular: fluido caliente, Aceite

Ced-40 IPS Tabla-11

D2 = 2.469/12 = 0.2057 ft

D1 = 1.66/12 = 0.1380 ft

A0 = П(D22- D1

2)/4

A0 = П((0.20572 – (0.13802))/4

A0 = 0.0481 ft2

De = (D22- D1

2)/D1

De= 0.1687 ft

Tubo interior: fluido frío,

Kerosena

Di = 1.38/12 = 0.115 ft

Ai = П(Di2)/4

Ai = 0.0104 ft2

NOTA: Puesto que se supusierón

dos corrientes paralelas,

en cada tubo fluirán

w/2 lb hr


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5) VELOCIDAD DE MASA

Ga = (12000 lb/hr )/ 0.048189 ft2Ga = 249,018.067 lb/hr ft2

fluido caliente, Aceite Lubricante fluido frío, Kerosena

Ga = (23,619.04762 lb/hr )/ 2x0.0104 ft2Ga = 1,135,528.846 lb/hr ft2

6) A 384 ° Fμ = cpμ =7.14 lb/fthr de la Figura-14

Re = DeGa/ μRe = (0.1687)(249,018.067)/(7.14)Re = 5,883.6623

Si solamente se necesitan dos horquillasEn serie.L/D será 2x40/0.1687 = 474 Use L/D = 500

6) A 342° Fμ = 0.29 cpμ =(0.29)(2.42) = 0.7018 lb/ft hr Figura-14

Re = De Ga/ μRe = (0.115)(,135,528.846)/(0.7018)Re = 186,072.7


siguiente

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fluido caliente, Aceite Lubricante fluido frío, Kerosena

7) jH= 60 de la Figura-24

8) A Tc = 384 °F

Cp = 0.606 Btu/lb °F Figura-4k =0.685 BTU/h ft2 (°F/ft) Figura-1(Cpμ/k)1/3 = 1.8485 PRANT

7) jH= 350 de la Figura-24

8) A Tc = 342 °F

Cp = 0.62 Btu/lb °F Figura-4k =0.075 BTU/h ft2 (°F/ft) Figura-1(Cpμ/k)1/3 = 1.7968 PRANT

9) h0 = (jH)(k/De)(Cpμ/k)1/3 (Φa)

h0/ Φa =450.345 BTU/h ft2 °F

9) hi = (jH)(k/D)(Cpμ/k)1/3 (Φp)

hi / Φp = 410.14

10) hi0 / Φp = (hi /Φp) (DI/DE)

hi0 / Φp = 493.36

tw = tc + (h0/Φa)/[( hi0/Φp) (h0/Φa)]

tw = 367.445 °F de la Figura-14

Con 163.17 °F tenemos μw =18-69

Φa= (μ/μW)0.14 = 0.8741 ≈1


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11) COEFICIENTE TOTAL LIMPIO

Uc = hi0 h0/ hi0+ h0 = 221.52 BTU/hr ft2 °F

12) COEFICIENTE TOTAL DE DISEÑO

1/Ud = 1/Uc + RdRd = 0.0045 + 0.004 = 0.0085 hrft2°F/Btu

Ud = 76.8388 BTU/hr ft2 °F

De la formula A = Q/Ud ΔTML

A= 212.8045 ft2

Tabla 11. Superficie externa 0.435 ftL requerida = A/ S. ext = 489.19 ft LINEALES

Suponiendo que una horquilla tiene 20 ft esto es equivalente a más de 12 Horquillas de 20 ft o 480 ft lineales, puesto que se emplean dos corrientes en paralelo, use 14 Horquillas 560 ft lineales.Las horquillas deberán tener los anulos y los tubos conectados en serie en 2 Bancos paralelos de 7 intercambiadoresLa Ud corregida será Q/Aat Ud = 72.8388 BTU/hr ft2 °F Rd = 0.01824


siguiente

anterior

fluido caliente, Aceite Lubricante fluido frío, KerosenaCAIDAS DE PRESIÓN

De’ = (D2-D1) = 0.06775Re’a = De’ Gtol/ μ = 2,362.88f = 0.0035+(0.264/(Re’a)0.42) f = 0.0136

Figura-6

De’ = (D2-D1) = 0.06775Re’a = De’ Ga/ μ = 109,621.0877f = 0.0035+(0.264/(Re’a)0.42)f= 5.5176x10-3

Figura-6

S = 0.775ρ =(62.5)(0.775)= 48.4ΔFa = 4f Ga

2La/2g ρ2De’ ΔFa =17.6 ft V= Ga/3600 ρV= 1.9 ft

AF = 8 (V2/2g’) = 0.45 ftAPa = (16.7+0.45)(48.4) /144 = 5.8 lb/plg2

APa = 10 lb/plg2

S = 0.76ρ =(0.76)(62.5)= 47.5

ΔFp = 4 f Gp2Lp/2g ρ2De’ ΔFp = 25.7 ft

APp = (25.7)(47.45)/144 = 8.5 lb/plg2

APp = 10 lb/plg2

Por su atención,Por su atención, “Gracias”….. “Gracias”…..

Problema 6.5Problema 6.5Problema 6.5Problema 6.5Solución 2Solución 2Solución 2Solución 2

siguiente

anterior

1) TEMPERATURAS CALORICASKc = 1.125 Fc = 0.34 Δfc/ Δth = 25/75 = 0.3333 Datos de la Figura-17 Tc = 350 °F + 0.34(450 °F – 350 °F) = 384 °Ftc = 325 °F + 0.34(375 °F – 325 °F) = 342 °F


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2) 2) CALOR ESPECIFICOCALOR ESPECIFICO

Resultados:Resultados:

Cp Aceite Cp Aceite Lubricante:Lubricante:ooAPI=26API=26

Tc=384Tc=384ooFFCp = 0.606 Btu/lb °F

Cp kerosena:Cp kerosena:ooAPI=42API=42

tc=342°Ftc=342°FCp = 0.62 Btu/lb °F


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3) VISCOSIDAD

De la Figura-14

μ =7.14 lb/fthr

μ = 0.7018 lb/ft hr

Aceite Lubricante:Aceite Lubricante:

kerosena:kerosena:

°API=26°API=26Tc=384oFTc=384oF

oAPI=42oAPI=42tc=342°Ftc=342°F


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4) 4) CONDUCTIVIDAD CALORICACONDUCTIVIDAD CALORICA

Resultados:Resultados:

Aceite Lubricante:Aceite Lubricante:

De la Figura-1De la Figura-1ooAPI=26API=26

Tc=384Tc=384ooFFK = 0.685 Btu/hrft2(°F/ft)

kerosena:kerosena:ooAPI=42API=42

tc=342°Ftc=342°FK = 0.075 Btu/hrft2(°F/ft) °F


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5) 5) ECUACIONESECUACIONES 6) BALANCE DE CALOR

Estamos Perdiendo “CALOR SENSIBLE” Q Ganado Kerosena = Q perdido Aceite Lubricante

Q perdido AL=(12000 lb)(0.62)(450-350)Q perdido AL=744000 Btu/hr744000 Btu/hr= Mk(0.63)(375-325)Mk=23,619.04762 lb/hr

7) DIFERENCIA MEDIA DE TEMPETRATURAS

ΔT1 = t1-T2 =25 °FΔT2 = t2 – T1 = 75 °F

ΔTML=45.5°F


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8) 8) CALCULOS DE TUBERIACALCULOS DE TUBERIA

Área anular: fluido caliente, Aceite Lubricante Ced-40 IPS Tabla-11D2 = 2.469/12 = 0.2057 ftD1 = 1.66/12 = 0.1380 ftA0 = П(D22- D12)/4A0 = П((0.20572 – (0.13802))/4 A0 = 0.0481 ft2

De = (D22- D12)/D1De= 0.1687 ft Espesor = 0.023

Tubo interior: fluido frío, KerosenaDi = 1.38/12 = 0.115 ftAi = П(Di

2)/4Ai = 0.0104 ft2

m/A=12000/0.0481m/A=12000/0.0481m/A=249,480.2495 lb/hftm/A=249,480.2495 lb/hft22

Re=5,883.663Re=5,883.663Pr=1.8485Pr=1.8485Nu=286.7424Nu=286.7424Hi=954.8786 BTU/hftHi=954.8786 BTU/hft2o2oFF

9) 9) COEFICIENTE EXTERNOCOEFICIENTE EXTERNO

m/A=23619.0476/0.0104m/A=23619.0476/0.0104m/A=2,271,062.269 lb/hft2m/A=2,271,062.269 lb/hft2Re=186,072.7Re=186,072.7Pr=1.7968Pr=1.7968Nu=4,506.3393Nu=4,506.3393Ho=2,449.0974 BTU/hft2oFHo=2,449.0974 BTU/hft2oF

9) COEFICIENTE INTERNO


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10) COEFICIENTE Y AREA

Coeficiente total de transferencia de calorCoeficiente total de transferencia de calorU = U = 76.8388 BTU/hr ft2 °F

Ecuación de diseñoEcuación de diseñoA = Q/Ud ΔTML A= 212.8045 ft2

Superficie externa para un tubo de 1.25 es 0.435 ft2 Longitud requerida es 489 ftSe necesitan 12 horquillas de 20 ft.

TuboTuboPara Re=109,621.0877 se tiene un Para Re=109,621.0877 se tiene un fdfd= = 5.5176x10-3V=1.67 ft/segV=1.67 ft/segP=8.76 lb/inP=8.76 lb/in22

Espacio anularEspacio anularPara Re=2,362.88 se tiene un Para Re=2,362.88 se tiene un fdfd=0.136=0.136V=1.91ft/segV=1.91ft/segP=5.76 lb/inP=5.76 lb/in22

CAIDAS DE PRESIÓN

intercambiador tubo y coraza

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