DISEÑO DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR DE CORAZA Y TUBOS
Enviado por JUAN CAMILO ESQUIVEL VILLAMARIN • 24 de Febrero de 2021 • Trabajos • 1.595 Palabras (7 Páginas) • 116 Visitas
DISEÑO DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR DE CORAZA Y TUBOS
Juan Camilo Esquivel Villamarin
Se desea diseñar un intercambiador de calor de tubos concéntricos que cumpla con los siguientes requerimientos: 150.000 lb/h de la mezcla metanol-etanol 50%/50% desde 120 °F hasta 80 °F usando agua para enfriamiento. Las pérdidas de presión no deben ser superiores a 12 psi para cada corriente.
A continuación, se presenta el modelo de cálculo para este intercambiador con las condiciones requeridas y las suposiciones, para el diseño exitoso.
Suposiciones.
- Se considera que el agua de enfriamiento que se va a utilizar proviene del acueducto de Bogotá e ingresa a el intercambiador a 13°C (55° F), el agua sale del mismo a una temperatura de 35°C (96 °F) el cual es una temperatura permitida para poder transportar el agua al alcantarillado de Bogotá.
- Debido a que es agua la que se utilizara para enfriar la mezcla, esta ingresara por los tubos del intercambiador y la mezcla ira por la coraza. El diseño de intercambiador de coraza es AFS
- Los tubos son de acero al carbón BWG 16 y su longitud son de 23 ft, la tabla 1 especifica los diámetros del tubo y de la coraza del diseño exitoso. Pitch 1 y configuración cuadrada.
Tabla1. Especificación tubería del intercambiador de calor
Especificación Tubería | in | ft | mm |
Tubo | 0.75” | ||
Do (Diámetro interno) | 0.75 | 0.0625 | |
Di (Diámetro externo) | 0.620 | 0.052 | |
Coraza | 25” | ||
Diámetro interno | 25 | 2.083 | 635 |
k tubos (Btu/h*ft*°F) | 27 |
Se partirá del diseño termodinámico y se finalizará con el diseño hidráulico.
- Para ambos diseños se necesitan propiedades tanto del agua como de la mezcla que se especificaran en la tabla 2.
Tabla2. Propiedades de ambos fluidos
Coraza | Tubos | |
Fluido | Mezcla | Agua |
Flujo (Lb/h) | 150,000 | 90,620 |
Cp (Btu/lb*°F) | 0.618 | 0.998 |
Viscosidad (Lb/ft*h) | 1.406 | 2.206 |
Conductividad Térmica (Btu/h*ft*°F) | 0.0989 | 0.355 |
Pr | 8.786 | 6.202 |
Gravedad especifica | 0.774 | 0.997 |
Fouling Factor (h*ft^2*°F/Btu) | 0.001 | 0.001 |
Densidad (lbm/ft3) | 48.37 | 62.3 |
- Se calcula el Q por medio de la primera ley de la termodinámica y con el fluido de la mezcla.
[pic 1]
[pic 2]
[pic 3]
- Para determinar la masa del agua se parte de la misma ecuación, pero con el fluido del agua.
[pic 4]
[pic 5]
- Para calcular Pr de la mezcla y el agua.
[pic 6]
mezcla Agua [pic 7][pic 8]
- Temperatura media logarítmica
[pic 9]
[pic 10]
°F[pic 11]
- Corrección LMTD
ta=Temperatura de entrada tubo 55°F
tb=Temperatura de salida tubo 96°F
Ta=Temperatura de entrada de coraza 120°F
Tb=Temperatura de salida coraza 80°F
N=Pasos por coraza 2
[pic 12]
[pic 13]
[pic 14]
[pic 15]
[pic 16]
[pic 17]
F=0.87
- Estimar Ud
- 120 [Btu/h °F ft²]
- Calcular hi (tubos-agua)
- Calcular área requerida
[pic 18]
[pic 19]
A=1441,9 ft^2
- Calcular número de tubos
[pic 20]
[pic 21]
- Calcular Reynolds y velocidad en función del número de pasos.
[pic 22]
[pic 23]
[pic 24]
[pic 25]
[pic 26]
[pic 27]
Se escoge el mayor número de pasos para esta configuración, y se multiplica por la velocidad r Reynolds obtenido
np=6
[pic 28]
ft/s[pic 29]
La velocidad es aceptable ya que el rango es de 3 a 8 ft/s
Nos dirigimos a la tabla C.3 con diámetro de ¾, un pitch de 1, configuración cuadrada y un numero de tubos de 319.
El número real de tubos es de 344 con un diámetro de coraza de 25 in.
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