ensayo sobre Intercambiadores de calor

VERIFICACIÓN DE UN REBULLIDOR






1) Hoja de cálculo de la marmita
Cálculos térmicos

Si se considera que la temperatura en todo el interior del rebullidor es constante e igual a la temperatura de salida t, y que la temperatura del fluido calefactor es también constante e igual a T (posteriormente se comprobará la validez de esta suposición), entonces la expresión de la fuerzaimpulsora es:

Suponiendo que la presión en los tubos se mantiene aproximadamente constante, el valor de T es la temperatura de saturación del agua pura a , que es aproximadamente 151°C.
Para el cálculo de los coeficientes peliculares, se utiliza el método publicado originalmente por Palen y Small. Se considera que el coeficiente pelicular total es la suma de la contribución de la convecciónmacroscópica , y la de la microagitación producida por la formación de burbujas en la superficie de transferencia, . De este modo,

Como en una marmita, la velocidad de circulación del fluido a ebullir es muy baja, el efecto del es mucho menos importante que el del , por lo que se asume para el primero directamente un valor de entre 250 y 500 W/m2K; en este caso, se elige el promedio entre ambos, esdecir, 375 W/m2K.
Por su parte, el se modela como

Para modelar , se elige la correlación de Mostinsky, debido a su simplicidad:

Siendo

Por su parte,

Donde

Aquí, Db es el diámetro del haz de tubos, es decir, el diámetro mínimo que contiene a todos los tubos.
Y finalmente

Donde BR, en °C, es el rango de temperaturas de ebullición de la mezcla, es decir, la diferencia entre lastemperaturas de rocío y de burbuja a la presión de trabajo.
Por otra parte, se debe evaluar de algún modo el valor máximo de densidad de flujo de calor, es decir, el valor a partir del cual una mayor fuerza impulsora causa una disminución en el flujo de calor, debido a la excesiva formación de burbujas. Se decide, en vez de adoptar los valores fijados por Kern, utilizar la siguiente correlaciónpropuesta por Mostinsky, y corregida por Palen y Small:

Donde

Es el valor máximo para un único tubo, =l…….5

Sin embargo, se deben tomar recaudos con respecto a estos valores: El valor final de q debe ser menor que , y también preferentemente menor que .
Por su parte, para el vapor de agua que condensa se asume un valor aproximado de hio=8500 W/m2K, ya que el valor real no difiere demasiadode éste, y además tiene relativamente poca importancia al lado de la resistencia de ensuciamiento, ya que
1/Rf=5000 W/m2K
Es decir, es aproximadamente 1,7 veces menor que el valor de hio.

Geometría y dimensiones del equipo

Dado el bajo valor de la resistencia de ensuciamiento total (0,0002 m2K/W), se opta por un arreglo de tubos triangular. Se elige, también, un paso de 1’’. Considerandoestos dos datos, y el hecho de que la cantidad de pasos por tubos es 2, para estimar el diámetro del haz de tubos se hace lo siguiente:
Se extrae del compendio de tablas y gráficos la siguiente tabla de diámetros de coraza en función de la máxima cantidad de tubos que pueden albergar, para tubos de ¾’’ con paso triangular de 1’’, y cabezales tipo U (los rebullidores de marmita son de tipo BKT oBKU; se opta por éste último).

Nt
32
52
84
110
152
206
226
330
400
472
554
648
Ds (in)
8
10
12
13 1/4
15 1/4
17 1/4
19 1/4
21 1/4
23 1/4
25
27
29

Luego, se ajusta estos datos con un polinomio de grado 6, obteniéndose una dependencia aproximada del mínimo diámetro que puede contener a cierta cantidad de tubos con este arreglo. De este modo, fijado el número de tubos,queda automáticamente definido Ds.
Se elige la longitud de tubos estándar de 4,8m, para obtener un número menor de tubos pero, al mismo tiempo, evitando un largo excesivo (que también podría significar demasiada fricción en los tubos, para la suposición de T constante que se ha hecho).
Por último, el diámetro de coraza debe ser aproximadamente el doble de Ds, para permitir la separación del...