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Intercambiador de doble tubo aceite lubricante – aceite crudo6900 lb/h de un aceite lubricante de 26° API deben enfriarse de 450 a 350°F por 72500 lb/h de un aceite crudo de 34° API. El aceite crudo se calienta de 300 a 310° F. El factor de obstrucción será de 0.003 para cada corriente, y la caída de presión permitida en cada una de ellas será de 10 lb/in2.Se dispone de cierto número de horquillas de 20 ft de 3 por 2 in IPS. ¿Cuántas deberán usarse y que arreglo deberá hacerse?La viscosidad de aceite crudo se puede obtener de la Fig.14.Para el aceite lubricante las viscosidades son 1.4 centipoise a 500°F, 3.0 a 400°F y 7.7 a 300°F. Estas viscosidades son suficientemente grandes para introducir un error si se supone que 1. Balance de CalorAceite Lubricante (Fluido Caliente)

Q=6900 (0.62 ) (450−350 ° F )=427800 Btuh

Aceite Crudo (Fluido Frio)

Q=72500 (0.585 ) (310−300 ° F )=424125 Btuh

2. Determinar ΔtFluido Caliente Fluido Frio Δt

450 310 140 (Δt2)350 300 50(Δt1)

90 (Δt2- Δt1)Sera imposible poner 72500 lb/h de crudo en una sola tubería o anulo puesto que el área de flujo de cada uno de ellos es muy pequeña .Supóngase que se emplearan dos corrientes en paralelo.Δt= 87.5°F3. Determinación de temperaturas calóricas

ΔtcΔth

= 50140

=0.357

Obtenemos a kc=0.43 y Fc=0.395 (Figura 17)Tc=350° F+ (0.395 ) (450−350° F )=389.5

tc=300° F+ (0.395 ) (310−300 ° F )=303.95=304 ° F4. Área de flujo

D2=3.068

12∈¿=0.255 ft ¿ D1=2.38

12∈¿=0.198 ft ¿

aa=Π(D2

2−D12 )

4=Π

(0.2552−0.1982 )4

=0.0203 ft2

Se calcula el diámetro equivalente mediante la siguiente formula

De=(D 2

2−D12 )

D1

=(0.2552−0.1982 )

0.198 ft=0.130 ft

5. Velocidad de MasaPara calcular la velocidad de la masa se tiene la siguiente formula que se muestra a continuación

Ga=Waa

Ga= 69000.0203

=339901.4778 lb /hft2

6. A 389°F μ=cp¿3.0cp (2.42 )=7.26 lb / fth

Determinamos a ℜ=DaGa/ μ

ℜ=0.130 ft (339901.4778lb /hft 2 )

7.26 lb / fth=6086.3900

Si solamente se necesitan 2 horquillas en serie LD

serab (2 ) 400.130

=615.38

Nota se usa LD

=600

7. Determinar JH=20.5(Figura .24)8. A Tc= 389.5 °F

C=0.615 Btu/lb°F (Figura 4)

( cμ )13=

(0.615btu /lb ° F)(7.26 lb / fth)0.067btu /hft 2° F / ft

=4.054

9. h0= jHKDe ( cμk )

13 ∅ a

Despejando obtenemos queh0∅ a

=20.5¿¿

tw=tc+

h0∅ a

hi0

∅ a+

h0∅ a

(Tc−tc )=304+42.83

btuhft2

° F

297+42.83 btuhft 2

° F(389.5−304 ° F )=314.7 ° F

μW=6.6 (2.42 )=16 lbfth

(Figura 14 )

∅ a=( μμW

)0.14

=( 7.26lbfth

16lbfth

)0.14

=0.895

h0=h0∅ a

∅ a=42.83 btuhft 2

° F (0.895 )=38.33

Tubo InteriorAceite Crudo Fluido Frio4. Área de flujo

D= 2.00712∈¿=0.167 ft ¿

aa=Π(D2

2−D12 )

4=Π

(0.1672 )4

=0.0222 ft2

Puesto que se supusieron 2 corrientes paralelas en cada tubo fluirán 5. Velocidad de MasaPara calcular la velocidad de la masa se tiene la siguiente formula que se muestra a continuación

Gp= wap

Gp= 725002(0.0222)

=1647727.27 lb /hft2

6. A 304° μ=0.83 cp¿0.83cp (2.42 )=2.0086 lb / fth

Determinamos a ℜ=DGp/ μ

ℜ=0.167 ft (1647727.27 lb /hft2 )

2.00 lb / fth=137586

Si solamente se necesitan 2 horquillas en serie LD

serab (2 ) 400.130

=615.38

Nota se usa LD

=600

7. Determinar JH=320(Figura .24)8. A tc=304 °F

c=0.585 Btu/lb°F (Figura 4)

k=0.073 Btu/h·ft2·°F/ft

( cμ )13=

(0.585btu /lb ° F)(2.00lb / fth)0.073btu /hft 2° F / ft

=2.52

9. Coeficiente total limpio

UC=hi0h0hi0h0

=297(38.4 )297+38.4

=34.0 Btuh ft 2° F

10. Coeficiente total de diseño UD

1UD

= 1UC

+Rd

Rd=0.003+0.003=0.006h ft2° F/Btu

U D=28.2Btu

h ft2 ° F38.4 hexterior 297

UC=34.0UD=28.2

11. Superficie

A= QU D Δt

= 42700028.2(87.5)

=173 ft2

Superficie externa /pie lineal, a¨=0.622 ft (Tabla 11)

Longitud requerida¿1730.622

=278 ft lineal

Son más de 6 horquillas de 20 ft o 240 ft lineales. Además al ser dos corrientes en paralelo usar 8 horquillas o 320 ft lineales.12. UD corregida

U D=QAΔt

= 427000(320)(0.622)(87.5)

=24.51

13. El factor de obstrucción corregido será Rd= 1U D

− 1UC

= 124.5

− 134

=0.0114 hft 2° F /Btu

9. ℎ𝑖¿ jHKDe ( cμk )

13∅ p= hi

∅ p=320 (0.073 )(252)

0.172=342btu /h ft2 ° F

10. h0∅ p

= hi∅ p

x DI DE=342(2.067)0.172

=297

Ahora de 4) a 9) para obtener tw

μw=0.77 (2.42 )=1.86 (Figura14)

∅ p=( μμw )

0.14

=(2.011.86 )0.14

=1.0 (Figura24)

Determinamos a hi0

hi∅ p

∅ p=297 (1.0 )=297