Diseño de Intercambiador de Calor

Enunciado

84 000 lb/h de un compuesto listado líneas abajo se enfrían de 200 a 100°F usando agua de 85 a 102°F. Calcule los requerimientos usando intercambiadores1-2 en serie. Use tubos de 3/4 plg DE, 16 BWG, 16’0” largo, arreglo triangular de 1 plg.

El compuesto para el cual se diseñó el intercambiador es el Iso-Pentano

AnálisisPara realizar el cálculo de los diferentes parámetros del intercambiador de calor se deben definir previamente dos parámetros (UD y Número de Pasos por los tubos), con los cuales se calculan los demás parámetros, corrigiendo el número de tubos según tablas.

Para realizar los cálculos se ha utilizado el programa EES, el mismo calcula las propiedades de los fluidos y algunos de los parámetros necesarios para la determinación de las dimensiones del intercambiador, los coeficientes convectivos, etc.

Los datos restantes JHi, factores de fricción (marcados con [*] en el archivo EES) se sacan de las gráficas del apéndice del libro “Transferencia de Calor - Donald Kern”.

Los parámetros que se deben comprobar con una evaluación del intercambiador son:

Área requerida < Área disponible

Rd calculado > Rd típico

ΔP Tubos < 10 psi

ΔP Coraza < 10 psi

ObjetivoEl objetivo del trabajo es optimizar el intercambiador que cumpla con los requerimientos posteriormente mencionados y que tenga una menor perdida de presión.

Para esto se realizó varios intentos, los datos más relevantes de los mismos se pueden observar en la siguiente tabla.

IntentoFluido por

tubosFluido por

CorazaNº de Pasos

Nº de Tubos

DI Coraza

Ud supuesto

Área requerida

Área disponible Rd típico Rd Calculado ΔP tubos ΔP Coraza

1 Iso-Pentano Agua 2 376 23,25 120 1296 1181 0,003 - - -2 Iso-Pentano Agua 2 452 25 100 1394 1420 0,003 0,0001813 - -3 Iso-Pentano Agua 2 534 27 80 1572 1678 0,003 0,0007483 - -4 Iso-Pentano Agua 4 422 25 100 768,7 1326 0,003 0,003938 1,555 79,225 Iso-Pentano Agua 4 352 23,25 120 635,3 1106 0,003 0,003326 2,152 99,576 Iso-Pentano Agua 4 556 29 80 971,8 1747 0,003 0,005478 0,9694 46,417 Agua Iso-Pentano 2 452 25 100 1327 1420 0,003 0,0006735 - -8 Agua Iso-Pentano 2 534 27 80 1479 1678 0,003 0,001441 - -9 Agua Iso-Pentano 2 604 29 75 1740 1898 0,003 0,001139 - -

10 Agua Iso-Pentano 4 556 29 80 1199 1747 0,003 0,003969 0,7284 6,04711 Agua Iso-Pentano 4 422 25 100 1053 1326 0,003 0,001977 - -12 Agua Iso-Pentano 6 474 27 100 1031 1489 0,003 0,003317 2,962 7,08113 Agua Iso-Pentano 6 538 29 80 1149 1690 0,003 0,003925 2,306 6,45214 Agua Iso-Pentano 6 342 23,25 120 825 1074 0,003 0,001807 - -

Intercambiadores que cumplen con todos los parámetros Intercambiador óptimo Parámetros que no cumplen, por lo cual se descartan los intercambiadores

ConclusionesFinalmente se determinó que el intercambiador óptimo debe tener:

4 pasos por los tubos y 1 por la coraza UD = 80 556 tubos 29’’ de diámetro interno de la coraza

Se seleccionó este intercambiador sobre los otros que cumplían con los parámetros, ya que es el que tiene menor pérdida de presión

AnexosEn la carpeta se encuentran los archivos en EES adjuntos, tanto para fluido frio por tubos y caliente por coraza (Intercambiador de Calor 11); como el archivo con fluido caliente por tubos y el frio por coraza (Intercambiador de Calor 7).