8/8/2019 Trabajo de Transfer en CIA de Calor

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Trabajo de Transferencia de Calor Intercambiador de Calor:

Clculo y dimensionamiento

UNT-Ing. Mecnica R. Yengle, S. Scamarone

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Trabajo de Transferencia de Calor: Clculo y

dimensionamiento de un intercambiador de calor

Primera Parte: Planteamiento del problema y bsqueda y ordenamiento de la

informacin

Tenemos el siguiente problema:

Se quiere disear un intercambiador de calor entre un aceite de absorcin empobrecido y otro

enriquecido en una planta de obtencin de gasolina. Se enfran 150000 lb/hr de aceite 40API a

340 F hasta 145 F, por intercambio con 160000 lb/hr de aceite enriquecido disponible a 100 F

calentndolo hasta 283 F sin vaporizacin. Se propone utilizar un intercambiador de casco y

tubo con tubos de acero al carbono de in, 14 BWG y 16 ft de largo, con disposicin triangular

15/16 in. Montados en cabezal flotante con anillo de apoyo y con un paso en casco por celda.

El aceite empobrecido circula por los tubos. Las propiedades fsicas de las dos corrientes a sus

temperaturas medias se indican a continuacin. DIMENSIONAR EL INTERCAMBIADOR.

Lo primero que tenemos que hacer es investigar acerca de intercambiadores de calor en general,

para aprender acerca de su funcionamiento y tambin los diversos tipos de intercambiadores de

calor que existen, entre otras cosas.Un Intercambiador de Calor es un equipo utilizado para enfriar un fluido que est ms

caliente de lo deseado, transfiriendo esta calor a otro fluido que est fro y necesita ser

calentado. La transferencia de calor se realiza a travs de una pared metlica o de un tubo que

separa ambos fluidos.

Las aplicaciones de los intercambiadores de calor son muy variadas y reciben diferentes

nombres:

Intercambiador de Calor:Realiza la funcin doble de calentar y enfriar dos fluidos.

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Condensador: Condensa un vapor o mezcla de vapores.

Enfriador: Enfra un fluido por medio de agua.

Calentador: Aplica calor sensible a un fluido.

Rehervidor: Conectado a la base de una torre fraccionadora proporciona el calor de

reebulicin que se necesita para la destilacin. (Los hay de termosifn, de circulacin

forzada, de caldera,...)

Vaporizador: Un calentador que vaporiza parte del lquido

Disposicion de las corrientes: En el caso que los flujos tengan el mismo sentido se dice que

son corrientes paralelas o equicorrientes, en cambio cuando no tienen el mismo sentido,

stas reciben el nombre de contracorriente o corrientes opuestas.

Existe tambin una situacin aparte en la que los flujos se cruzan en ngulo recto, en este caso

se habla de corrientes cruzadas

Tipos de intercambiadores de calor: Existe mucha variacin de diseos en los equipos de

intercambio de calor. En ciertas ramas de la industria se han desarrollado intercambiadores muy

especializados para ciertas aplicaciones puntuales, es por eso que tratar todos los tipos sera

imposible, por la cantidad y variedad que se pueden encontrar. En forma muy general, podemos

clasificarlos segn el tipo de superficie en:

Segn el requerimiento del problema, trataremos los intercambiadores de haz de tubos y coraza.

Este tipo de intercambiadores se usan para servicios en los que se requieren grandes superficies

de intercambio, generalmente asociadas a caudales mucho mayores de los que se puede manejar

un intercambiador de doble tubo. La configuracin es la siguiente: Se ubican los tubos en un

haz, rodeados por un tubo de gran dimetro denominado coraza. De este modo los puntos

dbiles donde se pueden producir fugas, en las uniones del extremo de los tubos con la placa,

estn contenidos en la coraza. Es uno de los tipos ms utilizados en la industria y con las

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consideraciones de diseo mejor definidas. En la siguiente figura se muestra un intercambiador

de haz de tubos y coraza (de cabezal flotante interno-tipo AES):

La descripcin de los componentes principales es la siguiente:

Pasaremos ahora a detallar los pasos para el diseo o dimensionamiento de un intercambiadorde calor:

1. Comprobar el balance de energa, hemos de conocer las condiciones delprocesamiento, caudales, temperaturas, presiones, propiedades fsicas de los fluidos,

etc.

2. Asignar las corrientes al tubo y al casco.3. Dibujar los diagramas trmicos.

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a de Calor Intercambiador de Calor:

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4. Determinar el nmero de intercambiadoresen serie.5. Calc lar los valorescorregidos de la diferencia media de temperaturas (MTD).6. Seleccionar el dimetro, espesor, material, longitud yconfiguracin de los tubos.7. Estimar loscoeficientes de pelcula y desuciedad. Calcular loscoeficientes globales de

transmisin decalor.

8. Calcular la superficie de intercambio estimada.9. Seleccionar el tamao del casco (utilizando dos pasosen tubo).10.Calcular las prdidas de presin en el lado del tubo y recalcular el nmero de pasos

para cumplir con la prdida de presin admisible.

11.Asumir la separacin entre desviadoresyel rea de paso para conseguir la prdida depresin en el casco admisible.

12.Recalcular los coeficientes de pelcula en el lado del tubo y del casco utilizando lasvelocidades msicas disponibles.

13.Recalcular los coeficientes globales de transmisin de calor y comprobar si tenemossuficientesuperficie de intercambio.

14.Si la superficie de intercambio es muy grande o muy pequea revisar losestimados detamao decarcasa y repetir lasetapas 9-13.

Teniendo los datosysabiendo los pasos a seguir, podemoscalcular el intercambiador de

calor expuesto en el problema.