DP 8-Calculos Diseño de Intercambiadores

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CÁLCULOS PARA EL DISEÑO DE

INTERCAMBIADORES DE CALOR

DISEÑO DE PLANTAS DE INDUSTRIAS ALIMENTARIAS

DOCENTE: ING. JULIO TIRADO VASQUEZ

CICLO 2013-II

UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ GALLO

FILIAL CUTERVO

ESCUELA DE INGENIERIA EN INDUSTRIAS

ALIMENT

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Condiciones de proceso

requeridas para ambos fluidos

- Temperaturas de entrada y salida.

- Flujos másicos.

- Capacidades caloríficas.

- Conductividades térmicas.

- Densidades.

- Viscosidades.

- Caídas de presión permisibles.

- Factores de obstrucción o ensuciamiento.

- Diámetros de las tuberías.

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Calor ganado - perdido

Q = W C (T

₂ –

T

₁

) = w c (t

₂ –

t

₁

)

C = Capacidad calorífica del fluido caliente

(BTU/lb.

°

F).

c = Capacidad calorífica del fluido frío (BTU/lb.

°

F).

T

_prom

= Temperatura promedio del fluido caliente (

°

F).

t

_prom

= Temperatura promedio del fluido frío (

°

F).

W = Flujo másico del fluido caliente (lb/h).

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Cálculos de diferencial logarítmico de temperaturas

1. Calcular el diferencial logarítmico de

temperatura en un intercambiador a flujo paralelo

y flujo contracorriente, sabiendo que las

temperaturas son las siguientes:

Entrada fluido frío + 10ºC.

Salida fluido frío + 35ºC.

Entrada fluido caliente + 150ºC.

Salida fluido caliente +100ºC.

Resultados:

Flujo paralelo 97,75 ºC

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Cálculos de diferencial logarítmico de

temperaturas

2.- En un cambiador de calor constituido por dos tubos concéntricos entra el fluido caliente a 150°C y se enfría hasta 100°C, el fluido frio entra a 40°C

y se calienta hasta 80°C,calculese la diferencia media logarítmica de

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Cálculos de diferencial logarítmico de

temperaturas

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Ecuación de diseño para flujo de calor

Q = U·A· ΔTm

Q= W, U = W/m2·ºC, A = m2 ΔTm = ºC

3.- Para calentar acido acético desde 20°C hasta 60 °C se hace pasar por el interior de los tubos de un cambiador tubular 1-2 circulando por el exterior agua que entra a 95°C y sale a 80°C, el coeficiente integral de transmisión del calor desde el agua hasta la pared, referido al área interna de los tubos, es de 350 Kcal/m.h°C; el flujo de masa del Ac. Acético es de 200 Kg/h y a 40°C su calor especifico es 0.5Kcal/Kg.°C Determínese la longitud de los tubos si su diámetro interno de 1 cm

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Grafico para hallar factor de corrección

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Eficacia (E)

Q

Calor transferido

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Calculo del numero de unidades

de calor (ntu)

U

_d

A

_o

C

_min

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Ejercicio intercambiador doble tubo

Por el tubo interior de un intercambiador de doble tubo circula butanol con un caudal de 3m3_{/h y se ha de calentar desde 20}_°_C

hasta 70°C por medio de agua que circula en contracorriente por el

espacio anular. El tubo interno tiene un diámetro nominal de 1" ¼. Determine el coeficiente integral de transmisión de calor basado en la superficie externa. (Coeficiente de convección agua pared del tubo es 1500Kcal/m2_.h._°_{C .}

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Ejercicio intercambiador doble tubo

Para las condiciones del problema:

Numero de Reynolds (Re) Re: ρ . u . Di μ Numero Nuselt: Nu Nu: 0.023 (Re)0.8_(Pr)0.4 Numero de Prand: Pr Pr: Cp . μ / K 1 Uo: 1 + e + 1 h u Cc

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Problemas propuestos

PROBLEMA N° 1 Se desea elevar la temperatura de una corriente

de aceite que fluye a razón de 1kg/s de 15°C a 70°C. Se cuenta con

una corriente de 0.3kg/s de agua a 95oC.¿Bastar ´a la cantidad de

agua para calentar el aceite?

PROBLEMA N° 2 Se desea que cierta caldera genere 3kg/s de

vapor de agua a una presión de 0.13MPa. Una parte del calor desperdiciado se recupera en la forma de 40 kg/s de gases de escape a 300oC. ¿Bastara esta energía para producir el vapor? Tomar Cp=1180 J/kg K para los gases de escape.

PROBLEMA N° 3 Se calienta aire desde la temperatura TFE=20°C

hasta la TFS=210°C, con gases calientes que evolucionan desde

una temperatura inicial TCE=410°C hasta TCS=250°C. Calcular la

DTLM para el caso de un intercambiador doble tubo en corrientes paralelas, en contracorriente, para un intercambiador en corrientes entrecruzadas en donde ambas corrientes están sin mezclar, y por

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Problemas propuestos

PROBLEMA N° 4 Se quiere diseñar un intercambiador de calor

para precalentar el aire secundario que alimenta un postquemador que sirve para reducir las emisiones de un motor de combustión interna. La velocidad de flujo de los gases de salida es de 150 kg/h y la velocidad de flujo de masa del aire secundario debe ser del 10% de la de los gases. Los gases de descarga salen del postquemador a 850 K, la temperatura ambiente es de 290 K y el aire secundario debe calentarse a 780 K. Como primera propuesta de diseño se ha considerado la posibilidad de construir un intercambiador de tubos coaxiales en contracorriente usando la tubería de escape como tubo interior. Si el escape es un tubo de acero de 2” calibre 10 y la coraza exterior propuesta es de 2” 1/2

calibre 10, determine la longitud que debe tener el intercambiador si la coraza esta bien aislada. Comente la factibilidad del diseño.

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Problemas propuestos

PROBLEMA N°5 Se usa un intercambiador de calor en

contracorriente para calentar 6kg/s de agua de 35oC a 90oC por medio de 14 kg/s de aceite (Cp=2100 J/kg K) a 150oC. El diseño indica un valor de 120W/m2_{K para el coeficiente global de}

transferencia de calor. Se pretende, además, construir una segunda unidad en otra planta pero se ha propuesto sustituir el intercambiador por dos intercambiadores en contracorriente mas pequeños, cada uno con un ´área de transferencia equivalente a la

mitad de la del primero. Estos intercambiadores se deben conectar en serie por el lado del agua y en paralelo por el lado del aceite. La corriente de aceite se divide en partes iguales entre los dos intercambiadores y podemos suponer que el coeficiente global de transferencia de calor de estos es de 120W/m2_{K. Compare los}