Diseño De Un Intercambiador De Calor

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA QUIMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS

DISEÑO DE EQUIPOS INDUSTRIALES

“SECUENCIA DEL CALCULO Y DISEÑO DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR”

NOMBRE: ARRIAGA PÉREZ DIEGO ERNESTO

GRUPO: 8IM5

PROFESOR: MONTAÑEZ AVILA ELISEO
2012
28/05/2012

Se tienen 160000 lb/hr de alcohol etílico se enfría de 120 a 80°F con agua de pozo que entraa 65°F.

Factores | Alcohol Etilico | Agua |
Cp | 0.68 (BTU/lb°F) | 1 (BTU/lb°F) |
S | 0.81 | 0.999 |
K | 0.137 (BTU/hr ft2(°F/ft)) | 0.3655 (BTU/hr ft2(°F/ft)) |
µ | 0.96 (cp) | 0.772 (cp) |
Gm | 160 000 (lb/hr) | ----------- |
Rd | (BTU/hr ft2 °F) | 0.002 (BTU/hr ft2 °F) |
ΔP | 10 | 10 |

Solución
*como no nos dan la temperatura de salida del agua de enfriamiento suponemostemperatura de 70°F.
Balance de Calor
Q1= (Gm) (Cp) (ΔT)
Qgasoil=160000lbh0.68BTUlb °F120-80°F=4352000BTUh
Q1=Q2
Gmagua = QAlcoholCpAgua×∆TAgua=4352000BTUh1BTUlb °F×70-65°F=870400lbh
Calculo de la media logaritmica.
ΔMTL
T1= 120°F t1= 65°F
T2= 80°F t2= 70°F
* Paralelo
ΔT1= T1- t1
ΔT2= T2- t2
ΔTML= ΔT1-ΔT2lnΔT1ΔT2
ΔT1=120°F - 65°F= 55°F
ΔT2= 80°F - 70°F= 10°F
ΔTML= 55°F-(10°F)ln55°F10°F
ΔTML= 26.39°F
* Contracorriente
ΔT1= T1- t2
ΔT2= T2- t1
ΔTML= ΔT1-ΔT2lnΔT1ΔT2
ΔT1= 120°F – 70°F = 50°F
ΔT2= 80°F – 65°F = 15°F
ΔTML= 80°F-15°Fln80°F15°F
ΔTML= 29.07°F

  |   |   |   |

120 ºF = T1 |
|   | T2 =80 ºF |
  |   |   |   |
70 ºF t2 |   |t1= 65 º F |
  |   |   |   |
  |   |   |   |

Corrección de ΔTML con factor de temperatura (FT)
R= T1-T2t2-t1
S= t2-t1T1-t1
R= 120°F-80°F70°F-65°F
S= 70°F-65°F120°F-65°F
R= 8
S= 0.09
NOTA: Ft se obtiene con R y S de la grafica 18 pag. 933 del Kern
Ft= 0.89
ΔTMLv= FT ΔTML
ΔTMLv= 0.89(12.33°F)
ΔTMLV= 26.74°F
Parámetros seleccionados para cálculos de diseño
Longitud (L)= 16ft
Calibre= 16 BWG
Diámetro exterior (DE)= 1.25 pulg
Arreglo= Cuadro

De tablas obtenemos:
Diámetro interior (DI)= 0.87 pulg
Area de flujo por tubo (a´f)= 0.594 pulg2
Area por pie lineal (a´l)= 0.2618 ft2
Pitch (PT)= 1.25 pulg
Ubicación de los fluidos en el intercambiador
Factor | Tubo (mayor) | Coraza (menor) |
Gasto | Agua | Alcohol |
Viscosidad | Agua | Alcohol |
Corrosivo |Alcohol | Agua |
Sucio | Agua | Alcohol |
Temperatura | Alcohol | Agua |
| Agua | Alcohol |

UD supuesta
De tablas obtenemos:
UD sup= UD sup= 150 BTUh °F ft2

Area de trasferencia de calor (A)
A= QΔTMLvUDsup
A=4352000 BTUhr26.74°F(150BTUhr °F ft2
A =1084.82187 ft2
Número de tubos (Nt)
Nt= Aa´l( L)
Nt= 1084.82187ft20.2618 ft2(16ft)
Nt= 259

Area de flujo (a´F)
a´F=Nt(a´f)n (144)
n: numero de pasos
Nota: por ser el primer cálculo, se propone 1 paso
a´F= 259 tubos (0.594 plg2)1(144)
a´F= 1.068375 ft2

Gasto masa velocidad
GT= Gmtuboa´F
GT= 870400lbhr1.068375
GT=814695.2147lbhr ft2

Numero de pasos.
n=GTTGTC
n=1.5x106814695.2147=1.84

Se procede a hacer iteraciones ya que se deben de cumplir los siguientes parámetros:
* UD calculada < UDsupuesta
* ΔPT ≤ 10 psi
* Rd: 0.0025 a 0.003
con BWG= 16 | | | | | | | | | |
n | NT | a'f | GT | Ar | UDR | Re | f | ΔP | Fr | ΔPr | ΔPT |
4 | 562 | 0.5796 | 1501822.5 | 2354.1056 | 69.1356 | 58280.5908 | 0.00017 | 6.49071 | 0.29 | 4.64464 | 11.1353532 |
2 | 132 | 0.2723 | 3197061.52 | 552.9216 | 294.35 | 124067.015 | 0.00014 | 12.1117 | 1 | 8.00801 | 20.1197331 |
2 | 166 |0.3424 | 2542241.69 | 695.3408 | 234.061 | 98655.6988 | 0.00015 | 8.20542 | 0.98 | 7.84785 | 16.0532697 |
2 | 208 | 0.429 | 2028904.43 | 871.2704 | 186.799 | 78734.8366 | 0.00016 | 5.50499 | 0.52 | 4.16416 | 9.66915053 |
2 | 252 | 0.5198 | 1674651.27 | 1055.5776 | 154.183 | 64987.4842 | 0.00017 | 4.03528 | 0.34 | 2.72272 | 6.75800268 |
2 | 288 | 0.594 | 1465319.87 | 1206.3744 | 134.91 |...