Intercambiador

DISEÑO DE UN INTERCAMBIADOR TUBULAR


Diseñar un intercambiador de haz tubular en el que se enfrían 80.000 kg/h de agua desde 12ºC hasta 7ºC con 40.000 kg/h de una solución de propilenglicol al 40% desde -5ºC hasta 4ºC. Se dispone de una caída de presión admisible máxima para cada fluido de 1.15 bares. Se utilizarán tubos de ¾“ de diámetro y una longitud múltiplo de 2 m, siempre que seaposible. Se intentará utilizar un cambiador tipo AES, circulando el fluido caliente por el interior de los tubos. Las diferentes partes del cambiador serán de acero.










Fluido caliente (agua por los tubos): T1= 12 ºC T2= 7ºC
Fluido frío (propilenglicol por la carcasa): t1= -5ºC t2= 4ºC


Temperaturas calóricas Tc, tc y Temperatura de pared tw

[pic]Propiedades termodinámicas de los fluidos

Para hallarlas, interpolamos en las tablas del agua y del propilenglicol al 40%.


| |AGUA (9,5ºC) |PROPILENGLICOL (-0,5ºC) |
|m (kg/h) |80000 |40000 |
|Cp(kJ/kg·ºC) |4,193 |3,6343 |
|ρ (kg/m3) |999,8 |1045,31 |
|K (W/mºC) |0,5861 |0,3845 |
|Pr|9,466 |121,061 |
|μ (kg/m·s) |0,0013225 |0,012808 |
|μ (kg/m·s) (4,5ºC) |0,0015475 |0,009652 |



Para el número de Prant del fluidofrío:


[pic]



Balance de calor:

Q = m · Cp · ΔT = 80000 Kg/h · 4,193 kJ/KgºC ·(12 – 7) ºC = 1677200 kJ/h
Q = 1677200kJ/h / 3600 s/h = 465,89 kW



1º ITERACIÓN: Suponemos U= 800 W/m2ºC
L= 8 metros
n= 4 (número de pasos)

Como el diámetro interno de los tubos es de ¾”, escogemos el resto de las dimensiones de la tabla: “Diámetros de tubos paraintercambiadores”:

do = ¾”= 0,01905 m
BWG 14
e = 0,083” = 0,0021 m
di = 0,584” = 0,0148 m
Área de paso por tubo = 0,268”2 A = 0,0131 m

Escogemos:
- disposición cuadrada de los tubos
- 4 pasos
- L = 8 m

Calculamos el área necesaria y número de tubos:

Temperatura media logarítmica:[pic]










Cálculo del coeficiente de película interior (hi)

[pic]


Al ser mayor de 2100 es régimen turbulento.

Calculamos la diferencia porcentual entre las viscosidades a la temperatura calórica y de pared para ver si es mayor del 20%:





Por lo que usamos la ecuación de Ditus Bolter:







Utilizamos el Pr elevado a 0,3 debido aque el fluido que va por el interior de los tubos es el fluido a enfriar.


Cálculo del coeficiente de película por el lado de la carcasa (ho)

Utilizamos la tabla “número de tubos que caben en una carcasa”:
Nt = 134
Di = 17,25” = 0,44 m
Pt = 1” =0,0254 m









Re= [pic]=[pic]=[pic]

Como es mayor de 1, el régimen es turbulento.

Calculamos la diferenciaporcentual entre las viscosidades a la temperatura calórica y de pared para ver si es mayor del 20%:





Por lo que usamos la ecuación de Sieder y Tate:










Cálculo del valor de tw verdadero.

Determinamos si nuestra temperatura de pared interpolada ([pic]) es la correcta.








Por tanto las nuevas viscosidades a la temperatura de pared son:
|...