Equipos de Transferencia de Calor Intercambiadores...
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Equipos de Transferencia de Calor
IntercambiadoresCoraza y Tubo
Generalidades. Configuración 1:2
Prof. Jesús F. Ontiveros
Prof. Jesús F. Ontiveros O.
Estructura
Intercambiador más utilizado en la industria de procesos Áreas entre 50 y 700m
2.
Mayor rigurosidad en el diseño “T.E.M.A.”
Definición
CorazaCaracterísticas
Tamaños : 8 – 48 pulgadas.Espesor : 3/8 pulgada (hasta 300 psia.).Materiales : Acero.
TiposE = Coraza TípicaF = Permite incrementar la diferencia efectiva de
temperatura.G= Mayor efectividad térmica. H.= Similar al G J= Aplicaciones a baja presión. (1/8 ∆P E)K= Rehervidor Kettler.X= Aplicaciones a muy baja presión.
Prof. Jesús F. Ontiveros O.
TubosCaracterísticas
¼ ; 3/8; ½; 5/8; ¾; 1; 1¼ y 1½ pulgadas de diámetro8,12,16 y 20 pies de longitudEspesor de acuerdo a estándar BWG.
Número de TubosEspaciado entre tubos. Arreglo Espacial
Cuadrado
Cuadrado Rotado
Triangular 30º
Triangular 60º
CabezalesPartes
Cubierta, Canal
Espejo FijoCabezal AnteriorCabezal Posterior
Cabezales fijosCabezales flotantes
Tipo AES
Tipo CFU
Tipo AKT
Prof. Jesús F. Ontiveros O.
DeflectoresDefiniciónTipos
1. Longitudinal2. Transversal
Inducir Turbulencia, soporte del haz de tubos.
3. ChoquePrevenir daños por alta velocidad del fluido, Distribución de flujo, eliminación de heterogeneidades.
Deflectores Transversales
Perfil de Temperatura
Veamos el perfil de Temperatura en un intercambiador 1:2
Existe un segmento en Contracorriente y otro
en paralelo
El MLDT no es representativo de la diferencia de
temperatura existente
Factor “FT”Significado
Estimación
Generalización12
21
ttTT
R−−
=
11
12
tTtt
S−−
=
11
12
tTtt
S−−
=
FT vs R y S para configuración 1:2
Los intercambiadores 1:2 se usan cuando T2>t2o cuando FT > 0.75
DimensionamientoBalance de Energía Elegir qué fluido va por cada lado Geometría
Suponer Geometría¡Alta
complejidad! Buscar un UD típico y
estimar el Área
Elegir el diámetro nominal de los tubos , BWG, longitudy arreglo espacial
Calcular el número de tubos( ) ce
T NDLAN
⋅Π⋅=
1
Con el número de tubos y el número de pasos por el lado tubo leer de las tablas adecuadas
el tamaño de la coraza
MLDTFUQ
ATD ⋅⋅
=
Determinación del Coeficiente de Película en el lado tubo
pt
itt N
DNa 1⋅
=
t
tt a
MG =
t
ttt k
Cp µ=Pr
Calcular el área transversal de flujo
Calcular el flujo por unidad de área
t
itt
DGµ
1Re =
De acuerdo al régimen de flujo elegir la correlación adecuada y estimar el Nusselt
( ) ( )
Calcular el Reinolds y el Prandtl
1Pr2/7.1207.1PrRe)2/(
3/25.0 −⋅⋅+⋅⋅
=f
fNu
14.03/1PrRe86.1 ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛⋅⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛ ⋅⋅⋅=
wLdNu
µµ
( )( ) ( )1Pr2/7.121
Pr1000Re)2/(3/25.0 −⋅⋅+
−⋅=
ffNu
10000<Re<5*106
2300<Re<10000
Re<2300
Determinación del Coeficiente de Película en la Coraza
pcTc NP
BCDca⋅
⋅⋅=
c
cc a
MG =
e
e
e D
DPtD
1
212 )4(4
π
π−=
2
843
4
1
21
2
e
eT
e D
DP
Dπ
π⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−
=
Calcular el área transversal de flujo y el flujo por unidad de área
Calcular el diámetro equivalente
Calcular el Reinolds y el Prandtl
a
aaa k
Cp µ=Pr
a
eaa
DGµ
=Re
Determinación del Coeficiente de Película en la Coraza
14.03/155.0 PrRe36.0 ⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛⋅⋅⋅=
⋅=
w
eo
kDh
Nuµµ
Calcular el Nusselt, asumiendo que es 1.
Con ho
y hio estimar la temperatura de la pared tw
Fluido frío en tubo
Fluido frío fuera del tubo ( )ccoio
iocw tT
hhh
Tt −+
−=
( )ccoio
iocw tT
hhh
tt −+
+=
14.0
⎟⎠⎞⎜
⎝⎛
wµµ
Buscar la viscosidad a tw y calcular
Estimar de nuevo el Nusselt y el con éste el coeficiente de película ho
14.0
⎟⎠⎞⎜
⎝⎛
wµµ
Determinación del Desempeño térmico
Calcular el coeficiente global de transferencia de calor limpio y sucio
Con el coeficiente “sucio” calcular el área de transferencia mínima
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+=
oioc hhU111
DcD
RUU
+=11
MLDTFUQA
TDUD ⋅⋅
=
¿A>AUD?
Con UD , recalcular una nuevaárea y suponer otra geometría
No
Calcular el Sobrediseño
Desempeño Hidráulico
Sí
100% ⋅−
=U
Uefectiva
AAA
S
Determinación del Desempeño Hidráulico
Lado Coraza Lado Tubo
( )14.0
2
2
1
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛⋅
⋅+⋅⋅=∆
w
pcccBcc
De
NNDNGfP
µµρ 2
442
1
tcpt
i
cpt
t
t vNN
DNLN
fP
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+
⋅⋅=
∆ρ
( )( )cf Reln19.0576.0exp −= 2)28.3ln(Re)58.1( −−⋅=f
?¿ permitudoP∆CambiarGeometría
No
Si
Prof. Jesús F. Ontiveros O.
Referencias[1] Perry. “Manual del Ingeniero Químico”. Sexta
Edicion. Mc Graw-Hill. (1997). Pág. 11-3 y ss, 10-24 y ss.
[2] Kern, D. “Process Heat Transfer”. Mc Graw-Hill (1950). Pág. 102 y ss, 127 y ss., 221 y ss.
[3] Kakaç, S. & Liu, H., “Heat Exchangers, Selection, Rating and Thermal Design”. Department of Mecanical Engineering, University of Miami. CRC Press. (1995). Pág. 53 y ss