Diseño De Intercambiador De Calor Doble Tubo

TAREA 2.2
INTERCAMBIADOR DE CALOR DE DOBLE TUBO
ENFRIADOR DEL FLUIDO DE PROCESO

1. FLUIDO DE PROCESO CALIENTE

Fluido de operación:

Nombre: Helio (He)

Tipo: Gas sin cambio de fase

Rgfc = 386.04 lbf -pie/lbm -ºR Constante del Helio

Datos de operación del fluido:

Pfc = 28 lb/pulg2 abs = 4,032 lb/pie2 abs Promedio del Helio

mfc = 8.5 lb/seg = 30,600lb/hr

Tfc1 = 173 ºF

Tfc2 < (Tfc1 = 173 ºF) Requisito de operación
= 128 ºF

ΔTfc = Tfc1 – Tfc2 = 173 – 128 = 45 ºF Enfriamiento del Helio

Propiedad física promedio del fluido (Tabla exp):

Tfc = Tfc1 + Tfc22 = 173 + 1282 = 150.5 °F

Tfc = 150.5 ºF
Cpfc = 1.24 BTU/lb-ºF
Helio

Operacióntermodinámica del fluido:

Qf = Qfc ≈ mfc Cpff Tff Absorbido por el Helio
= 30,600 (1.24) (45) = 1,707,480 BTU/hr = 474.30 BTU/seg

2. FLUIDO DE SERVICIO FRÍO

Fluido de operación:

Nombre: Agua (H2O)

Tipo: líquido sin cambio de fase

Datos de operación del fluido:

Tff1 (Tfc2 = 128 °F) Requisito de operación
= 70 a 90 °F Recomendación paraAgua fría
= 85 °F

Requisito de operación
Tff2 (Tff1 = 85 °F)
(Tfc1 = 173 °F)
125 °F Recomendación para Agua fría
= 98 °F

Tff = Tff2 – Tff1 = 98 – 85 = 13 °F Calentamiento del Agua
= 10 a 35 °F Recomendación para Agua fría

Propiedad física promedio del fluido (Tabla 2.1):

Tff = Tff1 + Tff22 = 85 + 982 = 91.5 °FTff = 91.5 °F
Cpff = 0.997 BTU/lb-°F
Agua

Operación termodinámica del fluido:

Qf = Qff ≈ mff Cpff Tff Absorbido por el Agua

mff = QffCpff Tff = 1,707,4080.997 13 = 131,734 lb/hr = 36.59 lb/seg

3. SELECCIÓN DEL INTERCAMBIADOR

Características del Intercambiador:

Nm = 13 módulos en paralelo

Np = 6 pasos enserie/módulo

Lt 20 pie/paso Recomendación de diseño
= 5 pie/paso

Tubo interno:

Tipo recomendado: “tubo BWG” (Tabla 1.1)
Det1 = 33/4 pulg = 3.75 pulg = 0.313 pie

BWG = 18 Et1 = 0.049 pulg = 0.00408 pie

Dit1 = Det1 – 2 Et1 = 3.75 – 2 (0.049) = 3.65 pulg = 0.304 pie

Tubo externo:

Tipo: “tubo IPS” (Tabla 1.2)

Dnt2 = 4 pulg Det2 = 41/2 pulg = 4.5 pulg =0.375 pie

Cédula = 40 Et2 = 0.237 pulg = 0.0198 pie

Dit2 = Det2 – 2 Et2 = 4.5 – 2 (0.237) = 4.03 pulg = 0.336 pie

Ea = Dit2 – Det12 = 4.03 – 3.752 = 0.139 pulg = 0.0116 pie
≥ 0.125 pulg Requisito de diseño

Tamaño del Intercambiador:

Ae = π Det1 Lt Np Nm = π (0.313) (5) (6) (13) = 383.49 pie2

Disposición de losflujos:

Interior: proceso caliente (Helio); Exterior: servicio frío (Agua)

mfi = mfc = 30,600 lb/hr mfe = mff = 131,734 lb/hr

Tfi1 = Tfc1 = 173 °F Tfe1 = Tff1 = 85 °F

Tfi2 = Tfc2 = 128 °F Tfe2 = Tff2 = 98 °F

Tfi = Tfc = 45 °F Tfe = Tff = 13 °F

Tfi = Tfc = 150.5 °F Tfe =Tff = 91.5 °F

Rgfi = Rgfe = 386.04 lbf – pie/lbm °R

Pfi = Pfe = 4,032 lb/pie2 abs

4. PARED DEL TUBO INTERNO

Propiedad física promedio de la pared (Tabla 1.5):

Requisito de operación
Tt ˃ (Tff = 87.5 °F)
< (Tfc = 150.5 °F)
= 98.1 °F

Material : Acero al cromo (1% Cr)

Tt = 98.1 °F
kt = 34BTU/hr-pie-°F
Acero (1% Cr)

Transferencia de calor en la pared:

Rt= Det1ln(Det1Dit1)2 kt = 0.313ln(0.313 0.304)2 (34) = 0.000134 hr-pie2-°F/BTU

5. PELÍCULA INTERIOR: HELIO

Propiedades físicas del fluido en la película (Tabla exp):

Ti = Tfi + Tti2 Tfi + Tt2 = 150.5 + 98.12 = 124.3 °F

μi = 0.0511 lb/pie-hr
Ti = 124.3 ºF...