Intercambiador de calor placas

PROCEDIMIENTO DE DISEÑO INTERCAMBIADORES DE PLACAS El procedimiento de diseño puede ilustrarse con un problema típico, dado por un fluido caliente que debe enfriarse desde una temperatura T1 hasta una temperatura T2; para lo cual se dispone de un fluido frío a t1. Los pasos a seguir son los siguientes: 1. Calcular la carga de calor: Q Q = m Cp (T1 – T2) 2. Calcular la temperatura de salida delfluido frío: t2 t2 = t1 – Q/(m Cp) 3. Determinar las propiedades físicas de los fluidos a su respectiva temperatura media. 4. Determinar el tipo de intercambiador. 5. Fijar las resistencias a la incrustación 6. Calcular la temperatura media logarítmica 7. Calcular el número de unidades de transferencia para cada fluido: HTU

8. Suponer un valor de U 8.1. 8.2. 8.3. Calcular un área provisionalrequerida: Ao Fijar el tipo y características de las placas Determinar el número de placas térmicas Np y número total de canales (Nc) Np = Ao / 2Ap Nc = NP + 1 8.4. Determinar el número de canales paralelos: np np = V / v ; (v: caudal /canal )

8.5.

Determinar el arreglo del intercambiador; número de pasos y número de canales paralelos por paso : np Determinar el factor térmico: Ft Calcular loscoeficientes de película para cada fluido como función del Número de Reynolds (Re) a) Para flujo en serie (cada fluido pasa como una simple corriente a través de los canales) Re = (De G)/μ b) Para flujo en paralelo (flujo dividido en varias subcorrientes) Re = De (G/np)/μ

8.6. 8.7.

8.8. 8.9.

Calcular el coeficiente total de transferencia de calor Calcular el área total necesaria para latransferencia de calor: Ao

y comparar con el área disponible o de diseño: Ad Ad = 2 Ap Np Ad debe ser mayor que Ao ( el exceso no debe ser mayor del 15 %) 8.10. Ejemplo Verificar las caídas de presión ΔP para cada fluido. Diseño de un intercambiador de placas

Se desea enfriar 50 m3/h de aceite (μ = 30 cst y s = 0,9 a 55 ≡C) desde 80 ≡C hasta 30 ≡C; para lo cual se debe emplear agua a razón de30 m3/h que entra al intercambiador a 20 ≡C. Especificar la unidad que satisfaga la operación.

Solución

1. Carga de calor: Q Q = m Cp (T1 – T2) (base el aceite)

Q = (50 x 900) x 2,301 x (80 – 30) = 5.177 .250 kJ/h 2. Temperatura de salida del fluido frío: t2 t2 = t1 – Q/(m Cp) t2 = 20 + 5’177 250/[(30 x 1 000) x 4.186] = 61 ≡C 3. Propiedades físicas de los fluidos Aceite Tm = (80 +30)/2 = 55 ≡C μ = 30 cst = 97,2 kg/m.h ρ = 900 kg/m3 k = 0,502 kJ/m. h. ≡C CP = 2,301 kJ/kg. ≡C 4. Tipo de intercambiador . INTERCAMBIADOR DE PLACAS (para manejar fluidos viscosos) 5. Resistencias a la incrustación a) Aceite rA = 0,6 x 10-5 (W/m2.≡C)-1 b) Agua rB = 0,86 x 10-5 (W/m2.≡C)-1 6. Temperatura media logarítmica (Ec. 4.3) Agua tm = (20 + 61)/2 = 40,5 ≡C μ = 2,22 kg/m.h ρ = 1000 kg/m3 k = 2,85kJ/m. h. ≡C CP = 4,186 kJ/kg. ≡C

7. Número de unidades de transferencia para cada fluido: HTU

HTUtotal = 3,6 + 2,9 = 6,5 8. Primer tanteo: Usupuesto = 500 W/m2. ≡C

Q = 1.438. 125 J/s (W) A0 = 1’438 125/(500 x 14) = 205 m2 8.2. Tipo y características de las placas: Referencia Placas “Alfa Laval” tipo P4, cuyas dimensiones son: AP = 0,75 m2 (área lateral de cada placa) b = 2,75 mm(distancia entre placa) x = 0,6 mm (espesor de las placas) W = 844 mm (ancho de cada placa) 8.3. Número de placas térmicas Np y número total de canales (Nc) Np = Ao /Ap = 205/ 0,75 = 273 placas < 500 (máximo número de placas de este tipo de intercambiador Número total de canales Np Nc = Np + 1 = 273 + 1 = 274 canales 8.4. Número de canales paralelos por paso (número de canales en que debe dividirse elflujo) np np = V / v V = 50 m3/h para el aceite (para el agua es 30 m3/h; se toma el mayor caudal total)

v = 1,5 m3/h.canal (1,1 – 2,5 m3/h.canal para este tipo de placas), el límite inferior es para fluídos de alta viscosidad. np = 50/1,5 = 33.3 canales 8.5. Arreglo del intercambiador Número de pasos: n = Nc/2 x np = 274/2 x 28 = 4.89 Unidad supuesta: Intercambiador de placas “Alfa Laval” P4...