Tabla de valores para el cálculo del condensador

Datos de partida

Condiciones ambientales

Presión Atmosférica (Psi)14,6

5Temperatura Ambiente (F) 86Humedad Relativa % 90

Salida de Turbina

Flujo (lb/h)2874726,

12Presión (Psi) 203,05Temperatura (F) 113Entalpia (Btu/lb) 1083,86

Salida de Condensador

Flujo (lb/h)2980327,

12Presión (Psi) 203,05Temperatura (F) 113Entalpia (Btu/lb) 80,82

Agua Circulación

Temperatura de entrada (F) 86Temperatura de salida (F) 106Presión de DiseñoPeso específico (Kg/m^3) 1000Flujo Volumétrico (ft^3/s) 421,81

Flujo Másico (lb/h)3,41276E+

11Velocidad en Tubo (ft/s) 8,5Perdida de CargaCalor especifico

Cálculos Térmicos

Colocación de tubos: Disposición Ginabat

Fig.1 Disposición Ginabat

Coeficiente de transmisión de calor

Según la HEI el coeficiente de transmisión de calor se calcula de la siguiente manera

Dónde:

U: Coeficiente de transmisión global de calor en [Btu/(h*ft2*ºF)].

U1: Coeficiente de transmisión de calor basado en tubos de “X” BWG de espesor, totalmente limpios y con temperatura entrante del agua de circulación de 70 ºF en [Btu/(h*ft2*ºF)].

Fw: Factor de corrección entrada del agua de circulación.

Fm: Factor de corrección del material y galga del tubo.

Fc: Coeficiente de corrección para el grado de limpieza o factor de limpieza de los tubos con los que se quiere calcular el coeficiente de transmisión de calor.

Calculo de U1

Para el cálculo de U1, utilizaremos la siguiente tabla la cual nos dará un coeficiente correspondiente estándar teniendo en cuenta que los tubos son de BWG 18 de espesor. El diámetro a utilizar es de 1’’ y la velocidad en circulación del fluido es de 8.5 (ft/s).

U1=763.9 Btu/(h*ft2*ºF)

Fig.2 coeficiente de transmisión de calor sin corregir U1

Calculo de Fw

Para calcular este valor, tenemos que saber cuál es la temperatura de entrada del agua circundante en el sistema, para lo cual tenemos que es de 86 ºF, por medio de esta tabla ubicaremos la temperatura de entrada y obtendremos el valor de Fw

Tenemos por medio de esta tabla obtenemos que:

Fw=1.063

Calculo de Fm

Este factor es el que nos ayuda a corregir la transmisión de calor, en función de la galga, anteriormente trabajamos con BWG 18, este factor estaba sin corregir, el material a usar para este diseño es de Titanio de BWG 22, para calcular este factor de corrección lo buscamos en la siguiente tabla

A partir de esta, tenemos que:

Fm=0.91

Calculo de Fc

El factor de limpieza, por lo general es escogido por el cliente a quien se le va a diseñar la unidad de condensación, este factor está relacionado con la capa de condensado que se forma en las tuberías, el valor oscila entre 0.8 y 0.95. Para este caso nosotros elegiremos ese factor Fc

Fc=0.9

Teniendo todos los factores, podemos calcular el coeficiente de transmisión global de calor:

U = 763.9*1.063*0.91*0.9 = 665.049 Btu/(h*ft2*ºF)

Calculo del área de intercambio de calorPara calcular el área de intercambio de calor, utilizaremos la formula general de la trasferencia de calor.

Dónde:Q: Cantidad de calor que hay que evacuar en el condensador para condensar el vapor (Btu/h)U: Coeficiente de trasmisión de calorAs: Área de intercambio de calor (ft2)LMTD: Diferencia logarítmica de la temperatura (ºF)

El valor de U ya ha sido calculado con anterioridad el cual es

U = 665.0.49 Btu/(h*ft2*ºF)

Calculo del calor del condensador Q

Primero calcularemos cual es el calor que hay que sacar del condensador para condensar el vapor proveniente de la turbina de vapor, para esto restamos las entalpias de la salida de vapor de la turbina Hvapor y Hcondensado que es la entalpia del condensado en la salida del condensador. Ws es el caudal de vapor de la turbina dado en lb/h.

Q = (1083,86 – 80.82)*2874726,12 = 2883465287,4048 Btu/h

Calculo de LMTD, diferencia de temperatura logarítmica

Para calcularla recurrimos a la siguiente formula:

Dónde:

TR es el incremento de la temperatura del agua refrigerante

TR = 106 – 86 = 20 ºF

ITD es la diferencia entre la temperatura de saturación del vapor y la temperatura de entrada del agua refrigerante

ITD = 113 – 86 = 27 ºF

TTD es la diferencia entre la temperatura de saturación del vapor y la temperatura de salda del agua refrigerante

TTD = 113 – 106 = 7 ºF

Teniendo estos valores tenemos que LMTD es igual a:

LMTD = 20/(Ln(27/7) =14,8156 ºF

Para el cálculo del área de transferencia, teniendo ya los valores de Q, LMTD y U procedemos a despejar de la ecuación As de tal forma que:

As = 2883465287,4048 / (665.049 * 14,8156) = 292645,49 ft2

Calculo del Calor del agua en circulación

Para realizar el siguiente cálculo utilizamos la ecuación general de intercambio de calor

Dónde:

Ts es la temperatura de salida del agua en circulación ºF

Te es la temperatura de entrada del agua en circulación ºF

Ce es el calor específico del agua en circulación (Btu/lb) ºF

Wac es el flujo másico del agua en circulación (lb/h)

Q = (106 – 86)*0.952*341275538232 = 27233787950913,605 Btu/h

Calculo de tubos