Ing Quimica

Intercambiador de doble tubo
Se desea enfriar una corriente de 4320 Kg/hr de Etanol puro desde 65ºC a 40ºC, utilizando como
medio refrigerante agua de red a 25°C (salto térmico permitido de 5K). Para ello se requiere
diseñar un intercambiador de doble tubo con una caída de presión permitida de 0.4 kgf/cm2 para la
corriente de proceso y 0.3 kgf/cm2 para el agua de enfriamiento.
En planta sese tiene un intercambiador de doble tubo trabajando en las mismas condiciones de
operación pero con la mitad del caudal. Por ello se sabe que el ensuciamiento es exponencial , con
un factor de obstrucción combinado de 0.0003 s.m2.K /J al año de uso y de 0.001s.m2.K /J al cabo
de los dos años.
Para ubicar los equipos de intercambio se dispone de un espacio aproximado de 7m de largo x
4m deancho + 2.5m de alto.

Datos iniciales:
Caudal Másico Etanol :
W Et  4320

kg
hr

Temp . de Entrada Etanol:

Temp . de Entrada fluido refrig. ( agua):

Te  65 °C  338.15 K

t e  25 °C  298.15 K

Temp . de Salida Etanol :

Temp . de Salida fluido refrig . ( agua):

Ts  40 °C  313.15 K

t s  30 °C  303.15 K

Caída de Presión Admisible para el Etanol:

Caída dePresión Admisible para el agua :

kgf

PEtanol  0.4 

cm

 0.387  atm

2

kgf

Pagua  0.3 

cm

 0.29  atm

2

Factor de ensuciam iento:
2

R req.1  0.0003 

s m  K
J

2

R req.2  0.001 

sm K
J

Propiedades de los fluidos:
Etanol:
Tm 

Te  Ts



2

 325.65 K

Et Tm  760.905

kg
m

3

J
CpEt Tm  2409.613 
kg  K



µEt Tm  0.66  centipoise

W
Et Tm  0.162  m  K



Temp . m edia Etanol

Densidad Etanol

Calor Específico Etanol

Viscosidad Etanol

Conductividad Etanol

Agua:

t m 

te  t s
2

Temp . m edia Agua

 300.65 K



agua tm  1.025  10

3 kg
3

Densidad Agua

m

J
Cpagua tm  5524.163 
kg  K



Calor Específico Agua

Viscosidad Agua

µagua tm  0.861  centipoise

W
agua tm  0.61  m  K



Conductividad Agua

2) C arga térmica:
5 KJ
Q  W Et  CpEt Tm  Te  Ts  2.602  10 
hr

 



Calor de la corriente de Etanol

3) C audal de refrigeración:
Q
kg
wagua 
 9422 
Cpagua t m  t s  t e
hr

 



Caudal de agua de refrigeración

4) C álculo de la Tml :
Tml

Te  ts  Ts  te  23.604 K
 Te  t s 

 Ts  t e 



ln 

5) C oeficiente Pelicular:
Tubo Interno: Agua
m
vagua  1
s

at 

di 

wagua



agua tm  vagua
4  at

di  2.067in

 2.245  in

Velocidad del agua (Para líq. poco viscosos
se recom iendan velocidades de 1 a 2 m / s)
 2.553  10

3

m

2

Área de flujo tubo internoDiámetro interno del tubo interno

Diámetro interno tubo interno
(Tabla 11 A pend. de Kern)

(Ced. 40 )

do  2.38 in  6.045  cm

Diámetro externo tubo interno

2

at 

 di

wagua

vagua 

Ret 

Prt 

 2.165  10

4

3

m

2

 1.179

agua  tm   at



di  vagua  agua tm

m

Velocidad del agua

s

Número de Reinolds del tubointerno

 73703



µagua t m



Área de flujo tubo interno



Cpagua tm  µagua t m



agua t m

Número de Prandtl del tubo interno

 7.797

Coeficiente pelicular :
Para régimen laminar (Re< 2100):
k

d

h = 1.86    Re  Pr  
d
L

0.33

µ


 µw 

0.14

Para régimen turbulento (Re> 10000 ):
h = 0.023 

k
d

Re

0.8

 Pr0.33

0.14
µ

 µw 



Para el agua:
0.8

h = 1423  ( 1  0.0146  t) 

h [ J /m 2. s.K]= c oef. pelicular

0.2

t [ºC]= t emp . m edia agua (entre 5 y 95 ºC)

v

d

v [ m / s] = velocidad agua (entre 0.3 y 3m / s)
d [ m ] = diámetro interno (entre 0.01 y 0.05 m )

hi  0.023 



agua t m
di

 Ret

0.8

 Prt

di
J
hio  hi 
 3581.42...