Verificación Del Funcionamiento Correcto De Un Intercambiador De Calor Del Tipo Tubo y Carcaza

Certamen 3 Transferencia de Calor

Verificación del funcionamiento correcto de un intercambiador del tipo Tubo y Coraza o Carcaza

Profesor: Javier Vergara

Alumnos:
Matías Castro 2504719-2
Álvaro Prado 2604575-4
Camila Gatica 2604578-9

DESARROLLO
Se desea corroborar el diseño de un intercambiador de calor, existente sobre una hoja de datos (ver anexos, detalle del intercambiador decalor existente). Sobre dicha planilla, se puede observar que los fluidos de trabajo y de servicio son respectivamente:
Flujo Caliente o de Trabajo: LCO
Flujo Frío o de Servicio: Agua

En un esquema simple, se representa el intercambiador de calor para realizar los cálculos que nos llevarán a su diseño:

Considere que los parámetros para elegir el fluido que va por dentro del tubo (a pesarque ya vienen definidos por el esquema adjuntado) son en base a:
a) Corriente de mayor flujo (en este caso el agua posee un flujo más alto que el LCO)
b) El fluido de mayor presión
c) Los fluidos sucios, corrosivos o aguas no tratadas.

Entonces, y en base al método de corroboración del libro Kern, se comienzan a realizar cálculos sobre la coraza y los tubos que componen el intercambiador.Se transforman las temperaturas del fluido de servicio (tn) y del fluido de trabajo (Tn) a unidades de Farenheit (ver anexos, transformación de unidades):

Luego se realiza el cálculo del LMTD (log mean temperature difference) para determinar la capacidad de transferir calor del sistema:

Observación:
Recuerde que el LMTD es la fuerza de manejo de la temperatura en sistemas de flujo. En otraspalabras, corresponde a la capacidad de transferir calor en un intercambiador de calor (heat transfer). Por lo cual, mientras más grande sea el LMTD, mayor será el calor transferido.

Luego se calculan los valores de S (también denotado como P en algunos esquemas gráficos) y R que corresponden a la efectividad del lado frío del intercambiador y a la razón de capacidad térmica del flujorespectivamente:

Luego con S y R se puede entrar al gráfico del factor de corrección del LMTD (Ft), con el fin de obtener la capacidad real de transferencia de calor del intercambiador disponible (LMTD real):

Con la línea roja se indican la intersección de los puntos R y S (denotado por P). Observar también que el tipo de gráfico utilizado debe ser concordante al tipo de intercambiador trabajado. Eneste caso se tiene que el intercambiador correspondía a uno de un paso por la carcaza pasando por dos tubos.
Empleando R y S se obtiene de la tabla un Ft cuyo valor es:

Entonces se corrige el LMTD:

Cálculos de la Carcaza:
Considerando un arreglo cuadrado de los tubos en el intercambiador se tiene que:

Donde C, corresponde a la claridad o espacio existente entre los tubos. Con el dato dela claridad (C), se puede obtener el área de flujo. Recuerde que el diámetro equivalente interno (DI), y el espacio de los deflectores corresponde a B, los cuales vienen en anexo del trabajo:

Obtenido el área de flujo en la carcaza, se calcula la velocidad de masa del flujo (Gs):

Los valores de viscosidad para las temperaturas máxima en la coraza son:

Se saca un promedio de ambas:Luego se busca el diámetro equivalente en la tabla (usando como parámetros el cuadrado y el diámetro de los tubos):

Con esto se quiere determinar el número de Reynolds, para luego determinar el coeficiente de transferencia de calor de la carcaza (ho):

Esta vez se quiere entrar con Re (número de Reynolds) al gráfico que muestra la curva de transferencia de calor para el lado de la carcaza. Conello se obtiene el factor jh (volumen de control en la coraza) de la intersección del Reynolds a la curva:

Se busca Jh de tabla empleando el Reynolds:

Igualmente se calcula Ho:

Cálculos para el tubo:
De manera análoga se calcularán los datos de áreas, viscosidades, y coeficientes de transferencias para hacer los cálculos finales del área de transferencia de calor en el intercambiador:...