Ing Quimica
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
sm 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...
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