View
5
Download
3
Category
Preview:
DESCRIPTION
memoria de calculo resumida para diseñar un IC tubo y coraza
Citation preview
Ingeniería Química
Universidad del Atlántico
2015Intercambiador de tubo y coraza
Transferencia de Calor II‘Memoria de cálculo’
INTERCAMBIADOR DE TUBO Y CORAZA Inicialmente para el diseño del intercambiador de tubo y coraza, se deben tener en cuenta las siguientes propiedades de los fluidos:
Fluido caliente: T1, T2, Wh, Ch, Sh, μ, kh, Rd, ΔP Fluido frío: t1, t2, Wc, Cc, Sc, μ, kc, Rd, ΔP Fluido caliente: KerosenoWh: Flujo masico por la corazaT1 : Temperatura altaT2 : Temperatura bajaCh: Capacidad calorificaSh: gravedad especifcaKh: conductivdadμh :Viscosidad
Fluido frío: Aceite crudoWc: flujo masico por los tubost1: Temperatura Bajat2= Temperatura AltaCc:Capacidad calorificaSc: gravedad especifcaKc: conductivdadμc :Viscosidad
Los otros datos que deben conocerse son los correspondientes al arreglo del intercambiador:Coraza
Dc: Diametro interno B: Especiado de los deflectoesNumero de Pasos por la corazaN: numero de tubosC’: espaciado entre las superficies de los tubos
TubosNt: Numero de tubosL:Longitud de los tubosArreglo de los tubosn:Numero de pasos de los tubosBWGDE:Diametro exteriora t': Arela de flujo de los tubosPT:espaciado entre lso tubosAhora que se cuentan con todos los parámetros, se procede a seguir una serie de pasos que ayuden a encontrar la información requerida:
Paso 1. Inicialmente se hace el balance de calor en el intercambiador:Q=W h∗Ch∗(T1−T 2 )=W c∗C c∗( t2−t 1)
Ch: Capacidad calorifica del fluido de la coraza obtenida de temperature mas alta(T 1 ).C c: Capacidad calorifica del fluido de los tubos obtenidad a la temperature mas baja(t 1 ).Paso 2. Se calcula la temperatura verdadera con la MLDT porque los flujos son en contracorriente.
MLDT=(T1−t 2 )−(T 2−t1)
ln(T 1−t1T 2−t1 )
Paso 3. Posteriormente se procede a calcular el factor de corrección de la MLDT, dado por la siguiente fórmula donde es necesario conocer los factores S y R.Para un paso por la coraza y 2n pasos por los tubos (n=1,2,3,4..):
FT=√R2+1 ln [( 1−S1−RS )]
(R−1 ) ln2−S ¿¿¿
Dónde:S=
t2−t1T 1−t 1
;R=T1−T2t2−t1
Para dos pasos por la coraza y 2n pasos por los tubos (n=2,3,4..):
FT=√R2+1 ln [( 1−S1−RS )]
2 (R−1 ) ln( 2S−1−R+2 ( (1−S ) (1−RS ) )0,5
S+√R2+1
2S−1−R+
2 ( (1−S ) (1−RS ) )0,5
S−√R2+1 )
Se calcula la diferencia verdadera de temperaturaΔt:∆ t=FT∗MLDTPaso 4. Se procede a calcular las temperaturas Caloricas de los fluidos para establecer sus propiedades.
T 1(Temperatura alta en la coraza)T 2((Temperatura baja en la coraza)t 1((Temperatura baja en la tubo)t 2((Temperatura alta en la tubo)Buscar ,μ,ρ,cp a las temperaturas К T 1y T 2 para el fluido que pasa por la coraza.Buscar ,μ,ρ a las temperaturas К t 1y t 2 para el fluido que pasa por la coraza.Calcular Reynolds:Para la coraza:ℜT 1
=D¿
μT1ℜT2
=De∗¿G s
μT 2¿¿
Para el tubo:ℜt1
=Di∗¿G t
μ t1ℜt 2
=D i∗¿Gt
μt 2¿¿
Calcular PrPara la coraza:PrT1
μT 1cpT1К T1
,PrT2μT2cpT 2КT2
,
Para el tubo:Pr t1
μt 1 cpt1К t 1
,Pr t2μ t1cpt 1К t1Calcular factor de f
Cuando es laminarPara la coraza:f T1=
16ℜT 1
, f T 2=16ℜT 2
,
Para el tubo:f t1=
16ℜt 1
, f t 2=16ℜt 2Cuando es turbulento
Para la coraza:f T1=0,0014+
0,125
ℜT 1
0,32f T2=0,0014+
0,125
ℜT 2
0,32
Para el tubo:f t1=0,0014+
0,125
ℜt 1
0,32f t2=0,0014+
0,125
ℜt 2
0,32
Calcular nusseltCuando Re<2300 Nu=4,36Cuando Re>2300:
Para la coraza:NuT1=
( f T18 )∗ℜT 1∗PrT1
1,07+900ℜT 1
−0,63
(1+10∗PrT1 )+12,7∗( f T18 )
0,5
∗(PrT12 /3−1)
NuT2=( f T 28 )∗ℜT2
∗PrT 2
1,07+900ℜT 2
−0,63
(1+10∗T 2)+12,7∗( f T28 )
0,5
∗(PrT 223−1)
Para el tubo:Nut1=
( f t 18 )∗ℜt1∗Pr t 1
1,07+900ℜt1
−0,63
(1+10∗Pr t1 )+12,7∗( f t18 )
0,5
∗(Pr t123−1)
Nut2=( f 28 )∗ℜt2
∗Pr t 2
1,07+ 900ℜt2
− 0,63
(1+10∗Pr t2 )+12,7∗( f t28 )
0,5
∗(Pr t 223−1)
Se calcula hPara la coraza:hT 1=
NuT 1De
∗КT1hT 2=
NuT 2De
∗КT2
Para el tubo:ht 1=
Nut1Di
∗К t 1∗Di
DEht 2=
Nut2Di
∗К t 2∗Di
DE
Calcula U hyU c
U h=( 1hT 1+ 1ht2 )−1
U c=( 1hT 2 + 1ht1 )−1
Calcula KcK c=
U h−U c
U c
Calcular rr=T 2−t 1T 1−t 2
Se calcula FcFc=
( 1Kc )+ rr−1
1+ln (Kc+1)ln (r)
− 1Kc
Calcular las temperaturas calóricas Para la coraza:T c=T2+Fc∗(T 1−T 2 )Para el tubo:t c=t1+Fc∗(t 1−t 2 )
Paso 5. En este paso se calculan las áreas de flujo de la coraza y los tubos.*Se toman como nuevos subíndices la letra s para denotar coraza y t para tubo* Área de flujo de la coraza:
as=Dc∗C' B144 PT
Donde C’=Pt-DE Área de flujo por el lado de los tubos:
at=¿
Número detubos∗Área deflujo /tuboNúmero de pasos
=N∗at '144 n
¿
Paso 6. A partir de las áreas de flujo del tubo y la coraza, se pueden calcular los flux másicos por ambas configuraciones:
Por la coraza:Gs=
W h
as
Por los tubos:Gt=
W c
at
Paso 7. Se calcula el número de Reynolds para ambas sustancias Por la coraza:
ℜs=DeGs
μTc
Por los tubos:ℜt=
DiGt
μtc
Paso 8. Del mismo modo con las temperaturas caloricas, se ubican los valores de Ch, Kh, Cc, Kc para calcular de ho y hio:Paso 9. En este paso se calcula el coeficiente corregido a partir de:Se calcula el Factor de friccion para el lado del tubo y la coraza:Cuando es laminar
f s=16ℜs
f t=16ℜtCuando es turbulento
f s=0,0014+0,125
ℜs0,32
f t=0,0014+0,125
ℜt0,32Se calcula el nusselt:
Nus=( f s8 )∗ℜs∗Pr s
1,07+ 900ℜs− 0,63
(1+10∗Prs1 )+12,7∗( f s8 )
0,5
∗(Prs2 /3−1)
Nut=( f t8 )∗ℜt∗Prs
1,07+ 900ℜt− 0,63
(1+10∗Prs1 )+12,7∗( f t8 )
0,5
∗(Prs2 /3−1)
Pr=C∗uk
Se calculan los valores de hPor la coraza:ho=
Nu sDe
∗Кh
Por los tuboshio=
NutDi
∗К c∗Di
DE
Paso 10. Con los coeficientes anteriormente calculados, se halla el valor de las temperaturas en las paredes del tubo, dado por la siguiente fórmula: tw=t c+
hohio+ho
(T c−t c)
Para ésta temperatura en los tubos, se procede a buscar la viscosidad de ambas sustanciasPaso 11. Ahora se puede obtener el coeficiente CorregidoEl coeficiente corregido:
hoic=hio∗ϕt=¿
Paso 12. Se calcula el coeficiente total limpio, denotado como Uc y dado por la fórmula:U c=
hoichohoic+ho
Paso 13. Se procede a calcular el coeficiente total de diseño U D, obteniendo la superficie externa de la tabla 10 (Kern)del valor de la superficie externa, la longitud de los tubos y el número de tubos.Superficie total de transferencia de calor A:
A=a ’’∗L∗N
U D=QA Δt
= 5000000662∗135,915
Paso 13. Se calcula el factor de obstrucción Rd:Rd=
U c−U D
U c∗UD
Como podemos ver, el valor calculado del Rd excede al valor requerido, por lo tanto se puede seguir con el procedimiento de cálculo ya que una de las condiciones es:Rdcalculado≥ RdrequeridoPaso 14. Contando con los requerimientos anteriores, se puede proceder a calcular la caída de presión:
Número de cruces: N+1=12 L
B=12∗16
5=39
Lado de la coraza:ΔP s=
f Gs2D s(N+1)
5.22∗1010De sϕs
Lado de los tubos:
ΔP t=f Gt
2D s ln
5.22∗1010Dsϕs
ΔP t=
4ns
∗V 2
2 g
Presión total:ΔPT=ΔP r+ΔPt
Recommended