Universidad de Guayaquil Facultad de Ingeniería Química Carrera de Ingeniería Química

Informe # 2 Tubos y Carcazas

Fecha de Entrega:

Jueves, 05 de noviembre del 2015

Estudiante: Miguel Ángel Alvarado Andrade

Nivel: 4to “C”

Facilitador:

Ing. Mariana Navarro Almeida

Guayaquil – Ecuador 2015 – 2016

ÍNDICE INTRODUCCIÓN Y RESUMEN DE LA PRÁCTICA .............. 3

OBJETIVOS .......................................................................................... 4

General .............................................................................................. 4

Específicos ....................................................................................... 4

HIPOTESIS .......................................................................................... 4

MARCO TEÓRICO............................................................................. 5

CUESTIONARIO ................................................................................ 8

SUSTANCIA EMPLEADAS: .........................................................10

PROCEDIMIENTO ..........................................................................10

DAGRAMA DE LA UNIDAD ........................................................11

RESULTADOS ..................................................................................12

ANALISIS DE RESULTADOS .....................................................13

CONCLUSIONES ..............................................................................14

RECOMENDACIONES TÉCNICAS ...........................................14

NOMENCLATURA ..........................................................................15

BIBLIOGRAFÍA ................................................................................15

APÉNDICE .........................................................................................16

Tabla de Datos .............................................................................16

Torre de Enfriamiento de Tiro Inducido ........................16

Cálculos ...........................................................................................17

Fotografías .....................................................................................24

INTRODUCCIÓN Y RESUMEN DE LA PRÁCTICA

El intercambiador de calor es el dispositivo utilizado para efectuar un intercambio de calor, es decir sustraer o suministrar calor mediante el uso de diferentes fluidos los cuales están separados por una barrera. Se usan en la calefacción o en el enfriamiento ya sea de ambientes o de sustancias en específico, el uso de intercambiador de calor en muchos casos es para el ahorro energético, es decir aprovechar el calor de diferentes procesos para así precalentar alguna sustancia Estos equipos permiten transferir energía, es decir, calor de un fluido a otro sin ponerlos en contacto directo, la transferencia se produce a través de una pared sólida que los separa. El condensador es una unidad en la cual el vapor es condensado mediante contacto directo con gotas de agua. Aquí los vapores de proceso se convierten total o parcialmente en líquidos. Generalmente, se utiliza agua o aire como medio de enfriamiento. La aplicación de los principios de la transferencia de calor al diseño de un equipo destinado a cubrir un objeto determinado en ingeniería, es de suma importancia, porque al aplicar los principios al diseño, se debe trabajar en la consecución del importante logro que supone el desarrollo de un producto para obtener provecho económico. La trasferencia de calor se realiza a través de una pared metálica o de un tubo que separe ambos fluidos. Casi siempre resulta conveniente enfriar los productos de la reacción en un enfriador. El calor así recuperado, puede utilizarse para recalentar otros productos o para pre calentar los empleados en el propio proceso. Incluso es obligado a veces proceder a este pre calentamiento, a fin de obtener temperaturas bastantes elevadas para que el proceso de fabricación se desenvuelva normalmente. Se ha reconocido que el empleo juicioso de los balances térmicos conduce a resultados interesantes, en lo que respecta a la rentabilidad. Desde este punto de vista, el cambiador de calor aparece como un órgano particularmente importante de las instalaciones químicas. En la práctica de los intercambiadores de calor trabajamos tomando los datos de temperatura a la salida y entrada de cada enfriador del equipo, cada 5 minutos, en un tiempo total de 25 minutos, los que se plasmaron

en la tabla de datos, que se los utilizara en los cálculos para obtener U, que es el principal objetivo de la presente práctica.

OBJETIVOS

General

Estudiar el contenido de transferencia de calor en un intercambiador de calor de tubos y carcazas, reflejando condiciones de operación dadas.

Específicos

Identificar las partes de un intercambiador de calor y su correcto principio de funcionamiento.

Registrar la importancia del mantenimiento de los tubos de un intercambiador de calor, para evitar posibles fallas en su funcionamiento.

Controlar la variación de temperatura que ocurre para los arreglos de flujo en paralelo y contracorriente.

Obtener los resultados de la práctica para lograr un superior alcance de la correcta actividad del intercambiador de calor de tubos y carcasas.

HIPOTESIS Se conseguirá mejorar la correcta actividad del intercambiador al ingreso y salida de del alimento, tanto en los calentadores como los enfriadores, de la misma manera, el flujo de vapor por los mismos, llevando un correcto control de parámetros del condensado, tiempo y temperatura.

MARCO TEÓRICO Los intercambiadores de calor son aparatos que facilitan el intercambio de calor entre dos fluidos que se encuentran a temperaturas diferentes y evitan al mismo tiempo que se mezclen entre sí. En el intercambiador la transferencia de calor suele comprender convección, en cada fluido y conducción a través de la pared que los separa.

Los intercambiadores de calor de carcasa y tubos están compuestos por tubos cilíndricos, montados dentro de una carcasa también cilíndrica, con el eje de los tubos paralelos al eje de la carcasa. Un fluido circula por dentro de los tubos, y el otro por el exterior (fluido del lado de la carcasa). Son el tipo de intercambiadores de calor más usado en la industria.

Componentes básicos un intercambiador: Los componentes básicos de este intercambiador son: El haz de tubos (o banco de tubos), carcasa, cabezal fijo, cabezal removible (o trasero),

deflectores, y la placa tubular.

Tubos

Los tubos son los componentes fundamentales, proporcionando la superficie de transferencia de calor entre el fluido que circula por el interior de los tubos, y la carcasa. Los tubos pueden ser completos o soldados y generalmente están hechos de cobre o aleaciones de acero. Otras aleaciones de níquel, titanio o aluminio pueden ser requeridas para aplicaciones específicas.

Los tubos pueden ser desnudos o aletados. Las superficies extendidas se usan cuando uno de los fluidos tiene un coeficiente de transferencia de calor mucho menor que el otro fluido. Los tubos doblemente aletados pueden mejorar aún más la eficiencia. Las aletas proveen de dos a cuatro veces el área de transferencia de calor que proporcionaría el tubo desnudo. La cantidad de pasos por los tubos y por la carcasa dependen de la caída de presión disponible. A mayores velocidades, aumentan los coeficientes de transferencia de calor, pero también las pérdidas por fricción y la erosión en los materiales. Por tanto, si la pérdida de presión es aceptable, es recomendable tener menos cantidad de tubos, pero de mayor longitud en un área reducida. Generalmente los pasos por los tubos oscilan entre 1 y 8. Los diseños estándares tienen uno, dos o cuatro pasos por los tubos. En múltiples diseños se usan números pares de pasos. Los números de pasos impares no son comunes, y resultan en problemas térmicos y mecánicos en la fabricación y en la operación.

La selección del espaciamiento entre tubos es un equilibrio entre una distancia corta para incrementar el coeficiente de transferencia de calor del lado de la carcasa, y el espacio requerido para la limpieza. En la mayoría de los intercambiadores, la relación entre el espaciamiento entre tubos y el diámetro exterior del tubo varía entre 1,25 y 2. El valor mínimo se restringe a 1.25 porque para valores inferiores, la unión entre el tubo y la placa tubular se hace muy débil, y puede causar filtraciones en las juntas. Para los mismos espaciamiento entre tubos y caudal, los arreglos en orden decrecientes de coeficiente de transferencia de calor y caída de presión son: 30º,45º,60º y 90º.

Placa tubular Los tubos se mantienen en su lugar al ser insertados dentro de agujeros en la placa tubular, fijándose mediante expansión o soldadura. La placa tubular es generalmente una placa de metal sencilla que ha sido taladrada para albergar a los tubos (en el patrón deseado), las empacaduras y los pernos. En el caso de que se requiera una protección extra de las fugas puede utilizarse una doble placa tubular.

El espacio entre las placas tubulares debe estar abierto a la atmósfera para que cualquier fuga pueda ser detectada con rapidez. Para aplicaciones más peligrosas puede usare una placa tubular triple, sellos gaseosos e incluso un sistema de recirculación de las fugas.

La placa tubular además de sus requerimientos mecánicos debe ser capaz de soportar el ataque corrosivo de ambos fluidos del intercambiador y debe ser compatible electroquímicamente con el material de los tubos. A veces se construyen de acero de bajo carbono cubierto metalúrgicamente por una aleación resistente a la corrosión.

Deflectores Hay dos tipos de deflectores, transversales y longitudinales. El propósito de los deflectores longitudinales es controlar la dirección general del flujo del lado de la carcasa. Por ejemplo, las carcasas tipo F, G y H tienen deflectores longitudinales. Los deflectores transversales tienen dos funciones, la más importante es la de mantener a los tubos en la posición adecuada durante la operación y evita la vibración producida por los vórtices inducidos por el flujo. En segundo lugar ellos guían al fluido del lado de la carcasa para acercarse en lo posible a las características del flujo cruzado.

El tipo de reflector más común es el simple segmentado. El segmento cortado debe ser inferior a la mitad del diámetro para asegurar que deflectores adyacentes se solapen en al menos una fila completa de tubos. Para flujos de líquidos en el lado de la carcasa el corte del deflector generalmente es del 20 a 25 por ciento; para flujos de gas a baja presión de 40 a 45 por ciento, con el objetivo de minimizar la caída de presión.

Carcasa y boquillas del lado de la carcasa La carcasa es la envolvente del segundo fluido, y las boquillas son los puertos de entrada y salida. La carcasa generalmente es de sección circular y está hecha de una placa de acero conformado en forma cilíndrica y soldado longitudinalmente. Carcasas de pequeños diámetros (hasta 24 pulgadas) pueden ser hechas cortando un tubo del diámetro deseado con la longitud correcta (pipe shells). La forma esférica de la casaca es importante al determinar el diámetro de los reflectores que pueden ser insertados y el efecto de fuga entre el deflector y la casaca. Las carcasas de tubo suelen ser más redondas que las carcasas roladas.

En intercambiadores grandes la carcasa está hecha de acero de bajo carbono siempre que sea posible por razones de economía aunque también pueden usarse otras aleaciones cuando la corrosión o las altas temperaturas así lo requieran.

La boquilla de entrada suele tener una placa justo debajo de ella para evitar que la corriente choque directamente a alta velocidad en el tope del haz de tubos. Ese impacto puede causar erosión, cavitación, y vibraciones. Con el objetivo de colocar esta laca y dejar suficiente espacio libre entre este y la carcasa para que la caída de presión no sea excesiva puede ser necesario omitir algunos tubos del patrón circular completo.

Canales del lado de los tubos y boquillas Los canales y las boquillas simplemente dirigen el flujo del fluido del lado de los tubos hacia el interior o exterior de los tubos del intercambiador. Como el fluido del lado de los tubos es generalmente el más corrosivo, estos canales y boquillas suelen ser hechos de materiales aleados (compatibles con la placa tubular). Deben ser revestidos en lugar de aleaciones sólidas.

Cubiertas de canal Las cubiertas de canal son placas redondas que están atornilladas a los bordes del canal y pueden ser removidos para inspeccionar los tubos sin perturbar el arreglo de los tubos. En pequeños intercambiadores suelen ser usados cabezales con boquillas laterales en lugar de canales y cubiertas de canales.

CUESTIONARIO

1. ¿Cuál es el papel de los deflectores en los intercambiadores de calor de tubos y carcasa?

Con las pantallas deflectoras, se produce incremento de la velocidad de fluido que pasa por el casco, aumentando su coeficiente de película pero aumentando también la caída de presión.

2. ¿De qué manera la presencia de los deflectores afecta la transferencia de calor y las necesidades de potencia de bombeo?

En los intercambiadores de carcasa y tubos es muy común la colocación de deflectores en la carcasa para forzar al fluido a moverse en dirección transversal a dicha carcasa con el fin de mejorar la transferencia de calor y para mantener el espaciamiento uniforme entre los tubos.

3. ¿En qué condiciones la resistencia térmica del tubo del

intercambiador es despreciable? Cuando el espesor de la pared del tubo es pequeño y la conductividad térmica del material del tubo es alta, que suele ser el caso, la resistencia térmica del tubo es despreciable.

4. En un intercambiador de calor de doble tubo y de pared delgada, ¿Cuándo resulta razonable la aproximación U=hi? En este caso, U es el coeficiente total de transferencia de calor y hi es el coeficiente de transferencia de calor por convección adentro del tubo.

Cuando uno de los coeficientes de convección es mucho más pequeño que él otro ho << hi, y Ai ≈ A0≈ As. Entonces tenemos (1 / hi > > 1 / ho) y por lo tanto Ui = U0 = U ≅ hi.

5. ¿Cuáles son las causas comunes de incrustaciones en los intercambiadores de calor? ¿Cómo afectan las incrustaciones a la transferencia de calor y a la caída de presión?

El tipo más común de suciedad es la precipitación de depósitos sólidos en el líquido y en las superficies de transferencia de calor. Otra forma de incrustaciones es la corrosión química. Los intercambiadores de calor también pueden ser ensuciados por el crecimiento de algas en los líquidos calientes. Este tipo de suciedad se llama incrustaciones biológicas. Las incrustaciones representan una resistencia adicional a la transferencia de calor y hace que la tasa de transferencia de calor en un intercambiador de calor disminuya, y la pérdida de carga aumente.

6. ¿Cómo se toma en cuenta la resistencia térmica debido a las incrustaciones en un intercambiador de calor? ¿De qué manera la velocidad del fluido y la temperatura influyen sobre las incrustaciones?

El efecto de la suciedad en una transferencia de calor es representado por un Rf factor de ensuciamiento. Su efecto sobre el coeficiente de transmisión térmica se explica por la introducción de una resistencia térmica Rf / As. El aumento de suciedad aumenta la temperatura y disminución de la velocidad.

SUSTANCIA EMPLEADAS: 1. Agua 2. Diésel 3. Intercambiador de tubos y carcasas 4. Rotámetro 5. 1 balde. 6. 1 balanza. 7. 1 cronómetro 8. Vapor 9. Agua

PROCEDIMIENTO

1. Verificar que la caldera se encuentre en funcionamiento. 2. Abrir válvulas de by-pass de las bombas y verificar que las

válvulas del equipo se encuentren abiertas o cerradas respectivamente.

3. Encender la bomba de alimentación y la bomba de agua de enfriamiento proveniente de la torre de enfriamiento.

4. Introducir vapor a una presión de 5 psig mediante la válvula reguladora de presión.

5. Regular el flujo volumétrico de trabajo con la válvula de entrada del alimento hacia el enfriador.

6. Colocar un balde en la descarga del vapor condensado. 7. Realizar la toma de tiempo de trabajo hasta cuando se repitan 2

veces los valores en el termómetro de salida del alimento del calentador.

8. En ese instante, anotar los datos de temperatura correspondientes en el equipo, y tomar la temperatura manualmente en la salida del alimento.

9. Pesar el balde que contiene el condensado. 10. Después de haber alcanzado el estado estacionario, cerrar

la válvula de entrada de vapor, esperar unos minutos y luego apagar el equipo.

11. Cerrar válvulas

DAGRAMA DE LA UNIDAD

RESULTADOS Tablas de datos experimentales

Tabla#1

CALENTADOR Alimento Vapor

Tiempo T.E T.S T.E T.S 5 30 33 Steam Table 95

10 31 34.5 Steam Table 95 15 32 34 Steam Table 97 20 32 35 Steam Table 95 25 33 35 Steam Table 97

Tabla # 2 Calentador

Q mc*𝛌 ma*Cpa*(Tsa-

Tea) U*A*𝚫Tm

30194.76096 25506.88 2763.19961 Kcal

h

Kcal

h

Kcal

h

Tabla # 3

ENFRIADOR Alimento

T.E T.S 33 31

34.5 32 34 34 35 35 35 35

Tabla # 4

Tabla # 5 Enfriador Q

ma*Cpa*(𝚫Ta) maf*Cpaf*(𝚫Taf) U*A*𝚫Tm

127534.40 43019.0163 2873.7275

Kcal

h

Kcal

h

Kcal

h

ANALISIS DE RESULTADOS La práctica se llevó a cabo con una presión de 5 libras por pulgada cuadrada, con la cual se logra presentar la tabla con los resultados del enfriador, carcasas nos manifiesta que las temperaturas a lo largo de la practica en un lapso de 25 minutos tuvo una variación entre 1 y 1.5 grados Celsius, por lo que nos figura un rápido equilibrio de la temperatura en el tanque de almacenamiento. Se utiliza 500 litros por hora como alimento para suministrar al equipo, el cual es utilizado para estudiar, mediante los parámetros establecidos. La tabla de resultados del enfriador señala el diferencial de temperatura muy semejante al de las carcasas, lo que indica que los valores obtenidos coinciden en el transcurso de la práctica. El calentador mantiene su trabajo de manera constante, sin aumentar mucho la temperatura, logrando éxito al finalizar la práctica.

ENFRIADOR Agua fría (carcasas)

T.AFE T.AFS 24.5 26 24 27 24 27 25 28

25.5 28

CONCLUSIONES

Los intercambiadores de calor nos permiten transferir energía en forma de calor de un fluido a otro.

La eficiencia de los tubos de un intercambiador de calor, va a depender del mantenimiento que se le realice a estos, garantizando su prolongado tiempo de vida útil.

Los resultados encontrados a partir de la práctica realizada muestran una buena transferencia de calor, esto indica mayores rangos de los valores en las temperaturas de trabajo.

El trabajo que realice el intercambiador, depende del control de variables, las cuales que podrían variar, debido a corrosión o incrustaciones.

La toma de las temperaturas de manera adecuada, va a garantizar la eficiencia de los resultados en la práctica.

El peso del condensado obtenido, indica los litros adquiridos y el caudal correspondiente por minuto.

Al tener una agitación constante del agua en el tanque de enfriamiento, se tiene un mayor control de la temperatura.

El condensado recogido, admite conocer con que cantidad de vapor se trabajó para efectos de calentamiento.

RECOMENDACIONES TÉCNICAS Realizar un pre-tratamiento al agua de alimentación de la caldera

para tener un mejor rendimiento de la misma, en la planta de operaciones unitarias.

Se debe tener cuidado al momento de tomar las temperaturas de salida de los diferentes intercambiadores.

Llegado el momento de equilibrio parar el equipo porque ya no habrá cambio significativo en las temperaturas.

Realizar una buena calibración del rotámetro para poder empezar la práctica y evitar inconvenientes en el transcurso de ella.

Tomar correctamente las lecturas en los termómetros, para realizar un buen análisis de resultados.

NOMENCLATURA Mc: masa del combustible, Kg Mv: masa del vapor, Kg Qu: calor que tiene el vapor, Kj Qc: calor entregado por el combustible, Kj Pc: poder calorífico del combustible, Kj/Kg Te: temperatura de agua de alimentación, °C o °F P: presión, Psi d: diámetro, m o cm he: entalpia del agua de alimentación, Btu/Lb hs: entalpia del vapor, Btu/ Lb d: diámetro Husado: Altura de combustible usado Vtotal : Volumen total Q : Calor Dext: Diámetro externo Dint: Diámetro interno Cpa: Capacidad Calorífica T : Coeficiente de película interna es la viscosidad cinemática. es la difusividad térmica. Cp es la capacidad calorífica a presión constante. μ es la viscosidad. k es la conductividad térmica. : densidad del fluido : velocidad característica del fluido : diámetro de la tubería a través de la cual circula el fluido

o longitud característica del sistema : viscosidad dinámica del fluido : viscosidad cinemática del fluido (m²/s)

BIBLIOGRAFÍA McCabe, W; Smith J. Operaciones Unitarias en Ingeniería Química.

Editorial McGraw-Hill. Cuarta Edición.

http://es.wikipedia.org/wiki/Intercambiador_de_calor

https://www5.uva.es/guia_docente/uploads/2011/447/42501/

1/Documento15.pdf

https://lopei.files.wordpress.com/2010/07/practica-9.pdf

http://procesosbio.wikispaces.com/Equipos+para+transmisi%

C3%B3n+de+Calor

APÉNDICE

Tabla de Datos CALENTADOR ENFRIADOR

Flujo en contracorriente 1-1 Flujo en contracorriente 2-1 Nt=21, L=3.28ft, DI=0.495 in,

DE=0.625 in Nt=21, L=3.28ft, DI=0.495 in,

DE=0.625 in ∆P en InHg (orificio) = 6 ∆P en InHg (orificio) = 10.9

P psi (vapor) = 19.5 Condensado lbs/min = 1.48

Trabajo : 2-1 (tubo – carcasa)

Tiempo Minutos

Alimento (tubos)

Vapor (carcasa)

Tiempo Minutos

Alimento (Tubos)

Agua fria (carcasa)

Te Ts Tv Tc Te Ts Tafe Tafs 5 30 33 108 43 5 33 31 24.5 26

10 31 34.5 108 44 10 34.5 32 24 27 15 32 34 108 44.5 15 34 34 24 27 20 32 35 108 45 20 35 35 25 28 25 33 35 108 45 25 35 35 25.5 28

Torre de Enfriamiento de Tiro Inducido

Agua Caliente, L Aire, G Humedad

TL2

TL1 Vel Aire Mph

Vel Vent mph

Temp. Bulbo Seco

Temp. Bulbo

Húmedo

Absoluta Y1

Relativa Y2

Entra Sale Entra Sale 5 26 25.

5 10 1206 25 24 25 23 0.020 0.9

10 27 27 10 1206 25 24 25 23 0.020 0.9 15 27 27.

5 10 1206 25 24 25 23 0.020 0.9

20 28 28 10 1206 25 24 25 23 0.020 0.9 25 28 28 10 1206 25 24 25 23 0.020 0.9

Cálculos

COMBUSTIBLE

d = 1.84 ft h total = 2,78ft h usado = h1 − h2 = 0,08 ft

Vtotal =π ∗ d2 ∗ h

4

Vtotal =(3,14)(1,842)(2,78ft)

4= 7,38 ft3

F =Vtotal

h total=

7,38

2,78= 2,65 ft2

Volumen de combustible consumido = (h1 − h2)F

Volumen de combustible consumido = (0,08)(2,65) = 0,212ft3

0,212ft3 ∗28.316

1ft3lt = 6.003 lt

Caudal de combustible =6.003lt

50 min= 0.12

lt

min

Densidad de diesel = 850Kg

m3= 52.95

lb

ft3

Masa de combustible consumido = Vol consumido ∗ ρ combustible

Masa de combustible consumido = 52.95lb

ft3∗ 0,212ft3 = 11.22 lb

Calentador

Datos:

Lo que esta con amarillo revisar con nuestros datos y cambiar

mcondensado = 52 lb

Tiempo de la práctica = 25 min

Numero de tubos = 21

Presión de trabajo = 5psi

Pabsoluta 5 + 14.7 = 19.7 psi

Se observa en la Steam Table:

Tsat = 108 oC, λ = 960.1 BTU/lb

∆P = 6 inHg

Do = 0.625 in ×1 ft

12 in= 0.05208 ft

Di = 0495 in ×1 ft

12 in= 0.04125 ft

*Calor cedido por el vapor

Qvapor = mcondensado ∗ λ

Qvapor = (52 lb) (960,1BTU

lb) = 49925.2 BTU

Qvapor = 49925.2 BTU (60 min

25 min) (

252 Cal

1 BTU) (

1 Kcal

1000 Cal)

Qvapor = 30194.76096 Kcal

h

*Calor ganado por el alimento

QA = mA ∗ CpA ∗ (TsA − TeA)

QA = (28144.1945lb

h) (0.999

BTU

lb℉) (95 − 91.4)℉ = 101217.78

BTU

h

QA = 101217.78BTU

h (

0.252 Kcal

1 BTU)

QA = 25506.88Kcal

h

*Consideramos la temperatura a la que el sistema se estabiliza para

hallar F

F =(33 + 35)℃

2= 34℃ = 93.2℉

En la tabla A.2-11 De Chapman se lee:

CpA = 0.999 BTU/LboF, ρ = 62.314 lb/Ft3

Caudal = K√∆P

Caudal = (184.920)√6

Caudal = 452.9596 Ft3/h

mA = Caudal * ρ

mA = (452.9596 Ft3/h)( 62.314 lb/Ft3)

mA = 28144.1945 lb/h

Cálculo del Calor con la ecuación de diseño

A = π Do Ln = π(0.05208 ft)(21) = 11.2705 ft2

*∆Tm =(Tv−Tsa)−(Ta−Tea)

ln (Tv−Tsa

Ta−Tea)

=((226.4−95)ºF−((113−91.4))ºF

ln (226.4−95

113−91.4)

= 60.81 ºF

U= hio∗ho

hio+ho=

(885.51)(0.1575)(Btu

h ft2 ºF)

2

(885.51+0.1575)(Btu

h ft2 ºF)

= 0.1574 Btu

h ft2 ºF

Q= U*A*∆Tm

Q= (0.1574 Btu

h∗ft3 ºF)(11.2705ft2)(60.81ºF) = 107.8755

Btu

hx

0.252 Kcal

1 Btu=

27,1846Kcal

h

Leemos f de la figura

f = 1.04

Gt= mA

N∗π

4∗((D int))

2 =28144.1945

lb

h

21∗π

4∗(0.04125)2

= 1 002840.215lb

h ft2

V= Gt

3600 ρ=

1002 840.215lb

ft2 h

3600seg

h∗(62.134

lb

ft3)

= 4.48ft

seg

Leemos hi a V y Ta en la figura

Hi= 1075 Btu

h ft2 ºF

Hic= Hi*f*Di

Do= 1075

Btu

h ft2 ºF∗ (1.04) ∗ (

0.04125 ft

0.05208 ft)= 885.51

Btu

h ft2 ºF

G’= ma

L Nt¨2/3=

52 lb

(3.28 ft)∗(21)¨

23

= 2.0828lb

ft

Ho= 1.51* (4 G′

u)^ −

1

3 (

u2

k3∗g∗ ρ2)^ −

1

3

Leemos valores de ρ, μ y k en la tabla A2 − 11 de Geankoplis

μ = 0.207x103lb

ft seg∗ 3600

seg

h= 745228.8

lb

ft h

ρ = 60.1144lb

ft3

K= 0.39288 Btu/ h ft ºF

Comprobamos el valor de Tp

Tp = ho∗tv+U∗Ta

U+ho=

(0.1575)(226.4)+(0.1574)(93.2)(Btu

h ft2 ºF)

(0.1574+0.1575)(Btu

h ft2 ºF)

= 159.8 ºF

Ho= 1.51* (4 (2.0828)

745228,8)^ −

1

3 (

(745 228.8):2

(0.39288):3

∗(32.2ft

seg)∗(60.1144

lb

ft3)

:

2)^ −1

3

Ho= 0.1575 Btu

h ft2 ºF

Asumimos Tp para calcular propiedades físicas para hallar Ho con T

Tp = (108-30)ºC = 78ºC = 172.4ºF

T = (172.4−226.4)ºF

2= 199.4 ºF

GE= Maf

A efectivo

GE= 37973.6141

0.074

GE= 513156.95Lb

Ft2h

Lectura de F para hallar 𝛍 y k

F=80.15°F

𝛍= −0.15

20 (0.12) + 0.578 = (0.5771x103)

Lb

ft segx

3600seg

1h= 2077560

Lb

fth

K= 0.15

20 (0.010) + 0.353 = 0.3531

BTU

h ft f

Ho= k

Do 0.222 (

Ge∗Dint

μ)

0.6

(μ∗Cp

k)

0.33(

μ

μf)

0.14

Ho=

0.3531

0.05208 (0.222) (

513156.95 x 0.0425

2077560)

0.6

(2077560 x 0.999

0.3531)

0.33(

2077560

2077560 x 1.04)

0.14

BTU

h ft2 F

Ho= [(1.5051)(0.0638)(171.33)(0.9945)] BTU

h ft2f

Ho= 16.3613 BTU

h ft2 F

U= (593.09 x 16.15)

(593.09+16.3615)

U= 15.9333 BTU

h ft2 F

Q = U A Δtm

Q = ( 15.9222BTU

h ft2 F) (29.6632 ft2)(23.20°f)

Q= 2761.276 Kcal

h

Enfriador

∆P= 10.9 ̊C – 110 ̊ F

TEA= 45 ̊C – 95 ̊F

TSA= 35 ̊C – 77,9 ̊F

TAFE= 28 ̊C – 82,4 ̊F

mA= 28144,1945 lb/h

N= 37 tubos

Ltubo= 4,90 ft

Calor generado por el agua de enfriamiento

QAF= Maf Cpaf (Tafs – Tafe)

QAF= (37973,61 lb/h) (0.999 Btu/lb ̊F) (82.4 – 77.9) ̊F

QAF= 170710.3821 Btu/h * 0.252 kcal/1 Btu

QAF= 43019.0163 Kcal/h

Calor cedido por el alimento

QA1= Ma Cpa1 ∆Ta1

QA1= (28144.1945 lb/h) (0.999 Btu/lb ̊F) (113 – 95) ̊F

QA1= 506088.9054 Btu/h * 0.252 kcal/1 Btu

QA1= 127534.40 kcal/h

Obtengo Cpa1 a F en tabla A – 2 – 11

F= (113 ̊F + 95 ̊F)/2 = 104 ̊F

Cpa1= 0.999 Btu/lb ̊F

ϱA1= (4/50) (-0.8 lb/ft3) + 62.1 lb/ft3

ϱA1= 62.036 lb/ft3

Obtengo CPAF a F en tabla A – 2 – 11 Geankoplis

F= (82.4 + 77.9)/2 ̊F= 80.15 ̊F

Cpaf= 0.999 Btu/lb ̊F

Ρ= 0.15/20 (-0.1) lb/ft3 + 62.2 lb/ft3 = 62.1992 lb/ft3

Caudal = K (AP)0.5

Caudal= (184.42) (10.9 inHg)0.5

Caudal = 610.5161 ft3/h

Maf= Caudal * Ρ

Maf = (610.5161 ft3/h) (62.1992 lb/ft3)

Maf= 37973.6141 lb/h

Ū= (GT/3600 Ρa1) = 569179.5818 lb/ft2h / 3600 (62.036 lb/ft3)

Ū= 2.55 ft/seg

Leemos Hi a Ū y Ta1 en la figura 25

Hi= 720 Btu/hft2 ̊F

Hia= Hi * f * Di/Do

Hio= 720 Btu/ hft2 ̊F 2 (1.04) (0.04125 ft/0.05208 ft)

Hio= 593.09 Btu/ hft2 ̊F 2

Cálculo de Calor con la ecuación de diseño

A= N*π ∗ Dext ∗ Ltubo

A= 37 π (0.05208 ft) (4.90 ft)

A= 29.6632 ft2

∆Tm= (Tea1−Tafs)−(Tsa1−Tafe)

In (tea1−tafs

tsa1−Tafe)

∆Tm= (113−82.4)−(95−77.9)

In (113−82.4/95−77.9)

∆Tm= 23.20 ̊F

Leemos f de la figura 25

F= 1.04

Gt= Ma/N * at = (28144.1945 lb/h / 37 π(0.04125 ft)2

Gt= 569179.5818 lb/ft2h

Fotografías