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•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
siguiente
anterior
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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anterior
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
siguiente
anterior
Problema 6.5Problema 6.5Problema 6.5Problema 6.5SoluciónSoluciónSoluciónSolución
siguiente
anterior
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
Problema 6.5Problema 6.5Problema 6.5Problema 6.5SoluciónSoluciónSoluciónSolución
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
Problema 6.5Problema 6.5Problema 6.5Problema 6.5SoluciónSoluciónSoluciónSolución
siguiente
anterior
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
Problema 6.5Problema 6.5Problema 6.5Problema 6.5SoluciónSoluciónSoluciónSolución
siguiente
anterior
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
Problema 6.5Problema 6.5Problema 6.5Problema 6.5SoluciónSoluciónSoluciónSolución
siguiente
anterior
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
Problema 6.5Problema 6.5Problema 6.5Problema 6.5SoluciónSoluciónSoluciónSolución
siguiente
anterior
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
Problema 6.5Problema 6.5Problema 6.5Problema 6.5SoluciónSoluciónSoluciónSolución
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
Problema 6.5Problema 6.5Problema 6.5Problema 6.5Solución 2Solución 2Solución 2Solución 2
siguiente
anterior
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
Problema 6.5Problema 6.5Problema 6.5Problema 6.5Solución 2Solución 2Solución 2Solución 2
siguiente
anterior
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
Problema 6.5Problema 6.5Problema 6.5Problema 6.5Solución 2Solución 2Solución 2Solución 2
siguiente
anterior
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
Problema 6.5Problema 6.5Problema 6.5Problema 6.5Solución 2Solución 2Solución 2Solución 2
siguiente
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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
Problema 6.5Problema 6.5Problema 6.5Problema 6.5Solución 2Solución 2Solución 2Solución 2
siguiente
anterior
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
Problema 6.5Problema 6.5Problema 6.5Problema 6.5Solución 2Solución 2Solución 2Solución 2
siguiente
anterior
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