166474259 Ejercicios Resueltos de Int de Calor 1

UNIVERSIDAD NACIONAL
“PEDRO RUÍZ GALLO”
Facultad de Ingeniería Química e Industrias Alimentarías

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R

Diseño de Plantas Industriales I

Lambayeque- julio - 2010

D
DE
E

PROBLEMAS PROPUESTOS DE INTERCAMBIADORES DE
CALOR DE DOBLE TUBO

2.- Se quiere calentar 18000 lb/hr deorto xileno desde 100 hasta 150°F,
enfriando 18000 lb/hr de alcohol butílico de 170 hasta 140°F, en un
intercambiador de calor de doble tubo. Disponibles para este propósito hay 5
horquillas de 20 pies cuyos ánulos y tubos están colocados en serie. Los
intercambiadores son de 3*2 IPS.
A) ¿Cuál es el factor de obstrucción?
B) ¿cuáles son sus caídas de presión?
C) Si las corrientes frías y calientesen (a) se cambian con respecto al anulo y
al tubo interior, como justifica esto o refuta su decisión inicial respecto a
donde colocar las corrientes calientes.

18000 Lb/hr
Orto xileno
t1 = 170 ºF
Alcohol butílico
T1 =100ºF

T2 = 150ºF

18000 Lb/hr
t2= 140ºF

 PROPIEDADES FÍSICAS

PROPIEDADES

ORTOXILENO
ΔT=125ºF

ALCOHOL
BUTILICO
ΔT=155ºF

BTU
Lbº F

0.43

0.2081

FÍSICAS

UNIDADES

CalorEspecífico

Cp,

Viscosidad

,

LB
Pie.hr

0..61

0.282

Conductividad
Térmica

K,

BTU
hr. pie.º F

0.090

0.0180

r

 BTU 

.
2
 hr. pie º F 

0.001

0.001

1

 DISEÑO RAPIDO
TL 

T1  T2
 28 .85 º F
 T1 

ln 
 T2 

Estimac. de U=20-140 promedio U=70

170 ºF
ΔT1= 20°F
140ºF
ΔT2= 40°F

150ºF

100ºF

 CALCULO D77ºF
EL AREA ESTIMADA
A

Q
Ud .TL

A  190.10 pie 2

CALCULO DEL CALOR ESTIMADO

 TIPO Y CARACTERÍSTICAS DE LOS TUBOS
3X2 IPS
di = 2.0677´´
Di = 3.068´´
At = 3.350 pulg2
Aa = 2.944 pulg2
Alt = 0.62 pies2/pie
d0 = 2.380´´
De= 1.575´´
 CURSO DE LOS FLUIDOS

TUBO: alcohol butílico
ANILLO: orto xileno
 CALCULO DE HT :LADO DE LOS TUBOS

Gt 

mt
at

Gt 

18000
3.350

Gt=77371.34 lb/pie2 ºF

Nre 

Di * Gt



0.62
*104216.1
Nre  12
0.0152 * 2.42
Nre 146381.54
figura.N 24
Jh  182
 0.096   0.69 * 0.98 * 2.42 
ht  180 * 
*

0.096
 0.620 / 12  

ht  261.05

1/ 3

HT CORREGIDO
Ht=261.05*di/do=261.05*2.067/2.380
Ht=261.05*2.067/2.380
Ht=2226.72

 CALCULO DE HO :

(

) (

)

⁄

(

)

ma
aa
18000
Ga 
.944
Ga 

Ga  880434.78lb / hr. pie 2 º F

Nre 

Di * Ga



1.575
* 880434.78
12
Nre 
0.610 * 2.42
Nre  782280.08

Figura N°24⁄
78.22
⁄

(

 CALCULO DE Uc :
UC 

ht * ha
ht  ha

UC 

226.72 * 344.54
22672  344.54

UC  136.74

⁄

) (

)

( )

 CALCULO DE UD :

1
1

 Rd
Ud UC
Rd  Rt  Ro
Rd  0.001  0.001
Rd  0.0020
Udc  107.38
A

Q
Ud * TL .

A

372600BTU/h
107.38 * 28.85

A  120 ..275 pie 2

 CÁLCULO DE LA CAÍDA DE PRESIÓN EN LOS TUBOS

f * Gt 2 * Lt
72 * g *  * Di
f  0.0002

Pt 

0.0002 * 77371.34* 20
72 * 4.18 * 108 * 0.81 * 0.81 * 20.67
12
Pt  2.83 psi
2

Pt 

 CALCULO DE DE PRESIÓN EN EL ANILLO:

f * Ga 2 * Lt
Pa 
72 * g *  * Di *
Nre 

Dé * Ga



Dé  Di  do
Dé  0.688
Nre  410336.76
f  0.0047
0.0047 * 41036.76 * 200
Pa 
72 * 4.18 * 108 * 0.87 * 62.4  * 0.688
Pa  0.65 psi
2

(

(

)(

)(

)

)

4.- Se Debe calentar 7000 lb/hr de anilina desde 100 hasta 150ºFmediante
enfriamiento de 10000 lb/hr de tolueno con una temperatura inicial de 185ºF en
un intercambiador de calor de doble tubo, con tubos de 2x1 ‟‟ IPS, de 20 pies
de longitud. Se requiere un factor de obstrucción de 0.005. a)¿Cuántas
horquillas serán necesarias?. ¿Cómo deben arreglarse?. ¿Cuál es el factor
final de obstrucción? .

Tolueno
10000 lb/h
185ºF

7000 lb/h
Anilina

Anilina

IC- 4
100ºF150ºF

Tolueno
T ºF ?

 Hacemos un arreglo en paralelo:

 Desarrollamos el primer intercambiador

 Características de los tubos
Tubos 2x1 ‟‟ IPS de 20 ‟ de longitud r =0.005
 Propiedades de la Anilina (T promedio= 125ºF)
Cp(125ºF)= 0.518
Q ganado = m anilina * Cp anilina* ΔT
Q ganado =
Q ganado = 90650
 Determinamos la temperatura de salida del tolueno
Cp(185ºF) = 0.47

Q ganado = -Q...