Intercambiador de Tubo y Coraza. Operaciones Unitarias. Intercambiadores de Calor de Tubo y Carcasa
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- Paula Alvarado Carmona
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1 Inercambiador de Tubo y Coraza Operaciones Uniarias Inercambiadores de Calor de Tubo y Carcasa El inercambiador de ubos y coraza (ubos y carcasa, ubos y casco), es hasa ahora, enre los equipos de ransferencia de calor, el mas comúnmene usado en la indusria química. Las venajas de ese ipo de inercambiador son: Su configuración proporciona grandes áreas de ransferencia en pequeños espacios. Soporan alas presiones y alas emperauras de operación. Profesor: Luis Vega Alarcón 0 Procedimienos de diseño y écnicas de fabricación bien esablecidas. Esa unidad consa de una envolura cilíndrica denominada carcasa (coraza o casco) la cual envuelve a un conjuno de ubos denominado haz de ubos. Un fluido circula por el inerior de los ubos (lado de los ubos), y oro por el exerior de los mismos (lado de la carcasa).
2 Haz de Tubos Es un conjuno de ubos que se albergan denro de la coraza y en sus exremos esán soporados en la placa de ubos, la cual puede ser placa fija o con cabeza floane. El empleo de uno u oro ipo de placa depende de la diferencia de emperaura que se regisre en los exremos durane la operación. Por lo general se usan ubos lisos y de manera especial con superficie exendida.
3 Caracerísicas de los ubos Dimensiones. Se usan ubos con diámero en el rango de 6 mm (5/8 ) a 50 mm ( ). Los diámeros pequeños 6 a 5 mm (5/8 a ) son preferidos para la mayoría de servicios, obeniéndose así inercambiadores más compacos. Los ubos grandes son fáciles de limpiar por méodos mecánicos y se deben seleccionar para fluidos que formen incrusaciones. Espesor. El espesor de los ubos (calibre) es seleccionado para soporar la presión inerna y dar una adecuada olerancia a la corrosión. Caracerísicas de los ubos Diámeros esándar y espesores para ubos de acero son dados en la siguiene abla donde se dan dimensiones BWG para ubos usados en ese ipo de inercambiadores, los más comunes son los del 0 al 0 BWG. Las longiudes preferidas para inercambiadores son de,83 m (6 pies);,44 m (8 pies); 3,66 m ( pies); 4,88 m (6 pies) y 6, m, (0 pies). Para un área dada, el uso de ubos largos reducirá el diámero del inercambiador. Tabla: Dimensiones BWG para ubos Conducividad Térmica de los ubos OD (do.) pulg. /4 /4 /4 3/8 3/8 3/8 3/8 / / / 3/4 3/4 Calib. BWG ID (di.) pulg. 0,94 0,06 0,4 0,77 0,305 0,39 0,33 0,370 0,40 0,430 0,65 0,680 0,670 x pulg. 0,08 0,0 0,08 0,049 0,035 0,08 0,0 0,065 0,049 0,035 0,049 0,035 0,65 Area de sección ransversal pulg 0,095 0,0333 0,0360 0,0603 0,073 0,0799 0,0860 0,075 0,69 0,45 0,3339 0,363 0,356 Area laeral: pie /pie de longiud 0,0655 0,0655 0,0655 0,098 0,098 0,098 0,098 0,309 0,309 0,309 0,963 0,963 0,68 OD... ID,89,4,68,354,33,76,33,35,44,63.50,03,493 Las conducividades érmicas (k) de los meales más comunes son dados en la siguiene abla: Meal Temperaura C k w [W/m C Alumínio Bronce 0 97 (70 Cu, 30 Zn) Cobre Níquel Cobre Níquel (0 % Ni) Monel Acero inoxidable (8/8) Acero Tianio
4 Arreglo o disposición de los ubos Los ubos en un inercambiador son usualmene dispuesos en forma de un riángulo equiláero (riangular) o de un cuadrado (cuadrangular). Arreglo o disposición de los ubos El arreglo riangular permie albergar un mayor número de ubos denro del casco y da mayores coeficienes de película, se emplea con fluidos limpios y cuando la limpieza se realiza con medios químicos. El arreglo cuadrado se emplea cuando se quiere albergar un menor número de ubos y cuando la limpieza debe hacerse con medios mecánicos, se emplea con fluidos con endencia a formar incrusaciones, ese arreglo produce bajas caídas de presión en el lado del casco. Arreglo o disposición de los ubos La disancia recomendada enre cenros de ubos P (Pich) es de,5 veces el diámero exerior del ubo y la mínima disancia enre ubos C (luz) debe ser 0,5 pulgadas (6,4 mm). La relación enre P y C es: P OD C Los valores de P recomendados son: ARREGLO Triangular Cuadrangular OD del ubo: pulg ¾ ¾ P : pulg 5/6 ¼ ¼ 4
5 Pasos por ubos La placa de los ubos Es una plancha meálica perforada según el arreglo, sirve de sosén a los ubos en sus exremos. Tipos de placas: La placa de los ubos Placa fija. Va fija al casco y se usa para diferencias de emperaura en los exremos de hasa 90 C (00 F). Placa de cabeza floane. Para diferencias de emperauras mayores a 90 C (00ºF), para eviar que los esf uerzos érmicos produzcan fracuras. Placa de ubos en U. Se usan ubos en U para la evaporación y en ese caso la placa que sosiene a los ubos en el exremo donde se produce el reorno se denomina placa de ubos en U 5
6 Coraza Es la envolura cilíndrica que cubre el haz de ubos. Sus principales caracerísicas son el diámero y el espesor. Coraza Diámero. La coraza se consruye con uberías de acero (o de oro maerial) de pared esándar hasa de 4 de diámero. La Briish Sandard (BS 374) cubre inercambiadores con diámero de coraza desde 50 mm (6 ) hasa 067 mm (4 ). La TEMA Tubular Exchanger Manufacurers Associaion, iene inercambiadores esándares de hasa 50 mm (60 ) de diámero de coraza. El diámero de la coraza se debe seleccionar de al manera que se pueda obener ciero espacio luz enre el diámero del haz de ubos D b y el diámero inerior de la coraza D c. 6
7 Coraza El diámero del haz de ubos (D b ) depende del número de ubos, y de la disribución. Un esimado del diámero del haz de ubos D b se puede obener de la ecuación: D b D 0 N Kl Esa es una ecuación empírica basada en disribuciones esándar de ubos. Las consane K l y α usada en esa ecuación, para arreglos riangular y cuadrado son dadas en la siguiene abla. α Arreglo riangular, P,5 OD Arreglo cuadrado, P,5 OD Coraza Consanes para D b No. De pasos K 0,39 0,49 0,75 0,0743 0,0365 α,4,07,85,499,675 No. De pasos K 0,5 0,56 0,58 0,040 0,033 α,07,9,63,67,643 Coraza El espaciamieno enre el Diámero del Haz de Tubo (D b ) y el Diámero de la Coraza (D c ) lo podemos obener de la siguiene figura: Ese espacio dependerá del ipo de inercambiador y las olerancias de los fabricanes. Coraza Espesor. Para coraza de hasa 60 mm (4 ) de diámero, se usa la olerancia dada para uberías NPS, y usualmene se usan espesores de 0 mm (3/8 ) y se consruyen a parir de uberías de dimensiones esándar. Para fluidos muy corrosivos o cuando la presión en el lado de la coraza excede a.07 MPa (300 psig) se sugieren los méodos para el cálculo de espesores de esanques y recipienes a presión. La longiud de la coraza es la misma que la de los ubos que proege. 7
8 Coraza Coraza Paso. Se denomina así a las veces que el fluido cruza el eje ransversal de la coraza. Las corazas pueden ser de un paso, y si se colocan desviadores longiudinales, pueden ser de dos o más pasos. A mayor número de pasos se obiene mayor eficiencia érmica, pero su consrucción se hace más compleja y aumenan las pérdidas de presión por fricción. Los pasos múliples en el lado de la coraza se encuenran solamene en grandes insalaciones; su uso depende de facores ales como coso, facilidad de limpieza, diferencia de emperaura, corrosión, presión de operación, caída de presión y riesgos. Panallas Deflecoras Las panallas deflecoras de las coraza son disposiivos mecánicos, a manera de compueras ransversales, que se inseran a lo largo del casco de un inercambiador. Con las panallas, se produce incremeno de la velocidad de fluido que pasa por el casco, aumenando su coeficiene de película pero aumenando ambién la caída de presión. Panallas Deflecoras Tipos de panallas deflecoras: Panallas Segmenada Panallas de Disco Panallas Perforada Panallas Helicoidales 8
9 Panallas Deflecoras Panalla Segmenada al 5, 5, 35, y 45 %. La más común es al 5 %) Panallas Deflecoras Panalla de Disco Panalla Perforada Panalla helicoidal Panallas Deflecoras Cabezales Son los recepáculos del fluido que circula por el lado de los ubos. Esos sirven para dirigir el curso de ese fluido en el lado de los ubos. Como se dijo aneriormene, esos cabezales pueden ser de placa fija o de cabeza floane. En los cabezales ambién se inseran panallas longiudinales que permien dirigir el flujo por el lado de los ubos. Con la insalación de esas panallas se consiguen los inercambiadores de múliple paso. Para el caso de un solo paso por coraza con las panallas en los cabezales se puede obener el inercambiador - (4,6,8, n pasos). Si se usa pasos en coraza se puede conseguir los inercambiadores -4 (8,, 6, n pasos); y, así sucesivamene. 9
10 Cabezales La limiación radica en la complejidad de la consrucción y en el coso de la operación. A medida que aumenan los pasos la velocidad del fluido aumena, ambién aumena la caída de presión. Por ello las series de inercambiadores de múliple paso se limian a 6-n. Selección del numero de pasos A mayor número de pasos, aumenan las velocidades lineales de flujo, por lo que se incremenan los coeficienes de película y por lo ano el coeficiene oal, disminuyendo el área necesaria para la ransferencia de calor (disminuye el amaño). Al aumenar la velocidad disminuye la formación de incrusaciones. A mayor numero de pasos los rendimienos érmicos ambién son mayores. Como desvenaja se iene que a mayor número de pasos y al aumenar la velocidad, aumena la caída de presión por lo que el coso de bombeo aumena. Así mismo a mayor número de pasos el coso debido a la geomería de la unidad aumena. Selección del numero de pasos La selección adecuada de un inercambiador por lo ano puede hacerse mediane un análisis de opimización del proceso y enconrar el coso oal de operación mínimo. Aplicaciones de esos inercambiadores de calor Esos inercambiadores cubren odas las operaciones de ransferencia de calor y sus aplicaciones generales, son las siguienes: En el inercambio de calor sensible líquido-líquido se usan las unidades -n, ya sea para calenamieno-enfriamieno. La unidad - suele usarse como reacor de lecho fijo. Para el calenamieno-enfriamieno líquido-gas se usan las unidades de múliple paso con ubos de superficie exendida. 0
11 Aplicaciones de esos inercambiadores de calor En una operación ebullición-vaporización de un sisema de desilación, se usan los reboilers o calderines. Esos equipos suminisran calor al fondo de las columnas de desilación. Sus versiones más populares son el calderín y el ermosifón. La condensación de un vapor saurado emplea unidades -n en posición horizonal. Los inercambiadores vericales se emplean para producir condensación con subenfriamieno, o cuando se condensa vapor cuyo condensado es corrosivo. Diseño de Inercambiadores de Tubo y Carcasa Cuando los requerimienos de área para la ransferencia de calor exceden los 0 m se recomienda un inercambiador de ubos y coraza en lugar de un inercambiador de doble ubo. Ecuación de Diseño Se uiliza la misma ecuación que para los inercambiadores de doble ubo: Q U A T Curso de los Fluidos El primer paso es seleccionar cual fluido va por el lado del casco y el que va por el lado de los ubos. Cuando no ocurre cambio de fase, los siguienes facores deerminan el curso de los fluidos: Corrosión. El fluido más corrosivo deberá ser enviado por el lado de los ubos. Eso reduce el coso por el uso de aleaciones cososas o maeriales de recubrimieno. Incrusaciones. El fluido que iene una mayor endencia a formar incrusaciones en las superficies deberá enviarse por los ubos. Eso permie un mejor conrol sobre la velocidad de diseño del fluido, y las alas velocidades permiidas por el lado de los ubos reduce la formación de incrusaciones. También, los ubos son más fáciles de limpiar.
12 Curso de los Fluidos Temperauras de los fluidos. Si las emperauras son lo suficienemene alas para requerir el uso de aleaciones resisenes a emperauras alas, el fluido caliene por el lado de los ubos reduce el coso oal. A emperauras moderadas, el envío del fluido caliene por el lado de los ubos reduce las emperauras en el casco, y por lo ano se reduce la necesidad de proección para eviar las pérdidas de calor, o por razones de seguridad. Presiones de operación. Las corrienes a ala presión deberán ser enviadas por el lado de los ubos. Alas presiones en el lado de los ubos son más económicas que alas presiones en el lado del casco. Curso de los Fluidos Viscosidad. Generalmene, se obendrá un coeficiene de ransferencia de calor alo, enviando el maerial mas viscoso por el lado del casco, debido a que el flujo es urbuleno. El Número de Reynolds críico para flujo urbuleno en el lado de la coraza es alrededor de 00. Si no se puede conseguir flujo urbuleno en el lado de la coraza, mejor es enviar al fluido por el lado de los ubos, así el coeficiene de ransferencia en el lado de los ubos se puede esimar con mayor exaciud. Velocidades de flujo de las corrienes. Enviar el fluido con menor velocidad por el lado de la coraza, eso normalmene da el coso de diseño más económico. Curso de los Fluidos Caída de presión. Para la misma caída de presión, se obienen alos coeficienes de ransferencia en el lado de los ubos anes que en el lado de la coraza, y el fluido con la menor caída de presión permisible deberá enviarse por el lado de los ubos. La siguiene abla muesra el orden de prioridad para la selección del curso de los fluidos: Diferencia de Temperaura Media Logarímica En la mayoría de inercambiadores de ubos y coraza el flujo será una mezcla de flujos en co-corriene, conracorriene y cruzado. La siguiene figura (a) muesra un perfil ípico de emperauras para un inercambiador con un paso en el lado de la coraza y dos pasos en el lado de los ubos (un inercambiador -). Lado de los ubos Los líquidos Fluidos a presión Fluidos con mayor r Lado de la coraza Los gases o vapores Fluidos a baja presión Fluidos con menor r
13 Diferencia de Temperaura Media Logarímica La figura (b) muesra una emperaura cruzada, donde la emperaura de salida del fluido frío esá por encima de la emperaura de la corriene caliene. Diferencia de Temperaura Media Logarímica Es prácica usual en el diseño de inercambiadores de ubos y coraza, esimar la diferencia de emperauras verdadera a parir de la diferencia de emperauras media logarímica muliplicada por un facor de corrección para compensar la desviación de un real flujo en conracorriene. T F T ML Donde: F : Facor de corrección de emperaura (facor érmico). Facor de corrección de emperaura El facor de corrección es una función de las emperauras de los fluidos que van por el casco y los ubos, y el número de ubos y pasos en el casco. El F es normalmene correlacionado como una función de dos razones adimensionales de emperaura: T T R S T R es igual a la velocidad del fluido en el casco por el calor específico; dividido por el produco del flujo del fluido en el lado de los ubos por el calor especifico del fluido por el lado de los ubos. S es una medida de la eficiencia de emperauras del inercambiador. Facor de corrección de emperaura Para un inercambiador con paso en el lado de la coraza y pasos en el lado de los ubos, el facor de corrección esá dado por: F ( R + ) S ln R S S ( ) ( R + (R + ) ) R ln ( ) S R + + (R + ) Esa ecuación se puede usar para cualquier inercambiador con un número par de pasos en los ubos. Su grafica se enrega en la siguiene figura. 3
14 Facor de corrección de emperaura Facor de corrección de emperaura El facor de corrección para pasos en el lado de la coraza y 4 o múliplo de 4 pasos en el lado de los ubos es mosrada en la siguiene figura: Facor de corrección de emperaura Facor de corrección de emperaura: coraza con flujo dividido dos o más pasos en el lado de los ubos Facor de corrección de emperaura Facor de corrección de emperaura: casco con flujo ipo ermosifón y dos pasos en el lado de los ubos. 4
15 Facor de corrección de emperaura Facores de corrección de emperaura son graficados para oros arreglos que se pueden enconrar en las normas esándares de la TEMA y en los libros de Kern (950) y Ludwig (965). Mueller (973) proporciona un conjuno de figuras para el cálculo del facor de corrección para la diferencia de emperaura media logarímica en donde se incluyen facores de corrección para el flujo cruzado. Facor de corrección de emperaura Los valores de F esarán cerca de la unidad cuando la diferencia de emperauras en los exremos es grande, pero se reducirá apreciablemene la diferencia de emperauras media logarímica cuando las emperauras de los fluidos del casco y los ubos se aproximan una a la ora, eso fallará drásicamene cuando es una emperaura cruzada. Un diseño económico de inercambiadores no puede ser obenido si el facor de corrección F es menor que 0,75. Para un F < 0.75 se puede considerar un ipo alernaivo de inercambiador. El uso de dos o mas corazas en serie, o coraza de múliple paso, podrían dar una cercana aproximación al flujo en conracorriene. Facor de corrección de emperaura Cuando se ransfiere calor sensible y calor laene, es necesario dividir los perfiles de emperaura en secciones y calcular la diferencia media de emperauras para cada sección. Facores de incrusación Facores de incrusación (o resisencias a la incrusación) r, (W/m C) - o (Bu/h pie F) -. Tano la resisencia a la incrusación para el fluido que circula por el lado de los ubos (r i ), y para el que circula por el lado de la coraza (r 0 ), se selecciona de acuerdo a los valores dados en la abla de resisencias a las incrusaciones. 5
16 Coeficiene de película para el lado de los ubos Coeficiene de película para el lado de los ubos h i, W/m C o Bu/h pie F. Se usa la Ecuación: Re hi JH Di G µ k D G : (kg/s m o lb m /h pie ). 3 CPµ Re i k m G a µ µ w 0.4 l N a a n m : Flujo másico del fluido por ubo (kg/s o lb m /h). a : Área oal de flujo en el lado de los ubos: m (pies ). a : Área de sección ransversal de un ubo: m (pies ). n: Número de pasos en el lado de los ubos. N : Número de ubos en el haz. Coeficiene de película para el lado de los ubos Donde J H se evalúa como función del número del Reynolds para el fluido que circula por los ubos. J H Re Coeficiene de película para el lado de la coraza Se esima a ravés de la misma ecuación usada para los ubos pero usando un J H para la coraza. J H Coeficiene de película para el lado de la coraza h Re 0 JH k D e D G µ 3 CPµ Re k v0 D ρ µ e c e c µ µ w 0.4 m G c a m c : Flujo másico del fluido por coraza (kg/s o lb m /h). a c : Área de flujo en el lado de la coraza: m (pies ). El J H, en función en función del Nº de Reynolds y de la segmenación de las panallas deflecoras, lo obenemos de la siguiene grafica c c 6
17 Coeficiene de película para el lado de la coraza Calculo del área de flujo por la coraza: a) Según la TEMA, para inercambiadores de dimensiones esándar. Donde: Dc C B ac D C, C, B y P en [mm]. (000) P Coeficiene de película para el lado de la coraza b) Para un hipoéico conjuno de ubos denro de la coraza. a c (P D0 ) D P c B D 0 : Diámero exerior del ubo en mm. a D C B c c D C, C, B y P en [pulg]. 44 P La TEMA cubre inercambiadores esándar de las series: Serie -; 4; 6; 8. Serie -4; 8; ; 6. Serie 3-6; ; 8; 4. Serie 4-8; 6; 4; 3. Coeficiene de película para el lado de la coraza Diámero equivalene D e en [mm]. D e D e Para arreglo cuadrado π D P 4 4 π D D Para arreglo riangular P π D P 4 π D0 0 0 [ P D ].0 D 0 [ P 0.97 D ] 0 0 Área de Transferencia de Calor El diseño de un inercambiador de calor debe esablecer: a) Área disponible A d. Para realizar la ransferencia de calor se debe suponer una unidad esándar, la cual endrá un área de ransferencia de calor disponible, dada por el área de inercambio de los ubos del haz A d A N A i : Área laeral ofrecida por un ubo, m (pies ). N : Número de ubos en el haz. i 7
18 Área de Transferencia de Calor b) Área requerida. Calculada usando la ecuación de diseño: Q A U T F ML para lo cual se debe deerminar el F ( 0.75) y evaluar el coeficiene oal de ransferencia de calor U, bajo las condiciones de operación del inercambiador propueso. Siempre el área de ransferencia de calor disponible debe ser mayor que el área requerida en un exceso enre 0 y 0%. Caída de presión en el lado de los ubos Exisen dos causas principales para la pérdida de presión en el lado de los ubos en un inercambiador de ubos y coraza:. Pérdidas por fricción en los ubos.. Pérdidas debido a las expansiones y conracciones y en los reornos que experimena el flujo del fluido al pasar a ravés del arreglo de los ubos. La caída de presión debido a la fricción se evalúa de la misma manera que para el ubo inerior en un inercambiador de doble ubo. Caída de presión en el lado de los ubos Las pérdidas de presión debido a la conracción en la enrada a los ubos, la expansión a la salida y el reorno del flujo en los cabezales, puede ser una pare significane de la pérdida oal de presión en el lado de los ubos. No exise un méodo del odo saisfacorio para esimar esa pérdida de presión. Kern (950) sugiere adicionar cuaro veces la velocidad en los cabezales por paso. Frank (978) considera que es muy alo y recomienda,5 veces la velocidad en los cabezales. Oros auores hacen oras recomendaciones como Buerworh (978), Lord e al (970) y Evans. Caída de presión en el lado de los ubos Las pérdidas en érminos de la velocidad en los cabezales se puede esimar compuando el número de expansiones, conracciones y reornos, y usando los facores para accesorios de uberías para esimar el número de velocidad y pérdidas en los cabezales; para dos pasos en el lado de los ubos, habrán dos conracciones, dos expansiones y un reorno del flujo. Las pérdidas en los cabezales para cada uno de esos efecos es: conracción 0,5; expansión,0; reorno de 80,5; luego para dos pasos la máxima pérdida será: la velocidad en los cabezales.5 por paso De aquí, se aprecia que el valor de,5 veces la velocidad en los cabezales por paso recomendado por Frank es el valor mas realisa para usar. 8
19 Caída de presión en el lado de los ubos Considerando lo anerior: L P Np 8 f D i µ µ w m ρ v +.5 P : caída de presión en el lado de los ubos, N/m (psi). N p : Número de pasos en el lado de los ubos. v : velocidad en los ubos, m/s L : longiud de un ubo, m Ora causa de pérdida de presión será la conracción y expansión del flujo a la enrada y salida del inercambiador en los acoplamienos. Eso puede esimarse adicionando el valor de la velocidad para la enrada y 0,5 el valor de la velocidad para la salida, basada en la velocidad en los acoplamienos. Las pérdidas en los acoplamienos normalmene son significane solamene para gases a presión sub-amosférica. Caída de presión en el lado de la coraza El modelo de flujo en la coraza de un inercambiador con panallas segmenadas, es complejo y eso hace la predicción del coeficiene oal de ransferencia de calor y la caída de presión mucho más difícil que para el lado de los ubos. La caída de presión para el lado de la coraza se puede evaluar usando la ecuación: D c L µ Pc 8 f D e B µ w 0.4 ρ v Donde f facor de fricción para el lado de la coraza se lee de la siguiene figura como función del Número de Reynolds para el lado de la coraza. c Caída de presión en el lado de la coraza Caída de presión en el lado de la coraza El érmino (L/B) es el número de veces que el flujo cruza el eje longiudinal de la coraza (N b + ) donde N b es el número de panallas. La pérdida de presión debido a los acoplamienos en el lado de la coraza será normalmene significane solamene con gases. La pérdida de presión en los acoplamienos puede omarse como equivalene a,5 veces la velocidad para la enrada y 0,5 para la salida, basada en el área del acoplamieno. 9
20 Consideraciones Generales de Diseño. Velocidades del fluido en los ubos y el casco. Alas velocidades darán alos coeficienes de ransferencia pero ambién alas caídas de presión. Las velocidades deben ser alas para eviar el asenamieno de sólidos suspendidos, pero no an alas que causen erosión. Alas velocidades reducen las incrusaciones. Disposiivos plásicos son algunas veces usados para reducir la erosión en la enrada de los ubos. Velocidades ípicas de diseño son dadas a coninuación: Consideraciones Generales de Diseño Velocidades ípicas para Líquidos Lado de los ubos, fluido de proceso: a m/s, máximo 4 m/s si se requiere reducir las incrusaciones; agua,5 a,5 m/s. Lado de la coraza: 0,3 a m/s. Velocidades ípicas para vapores Para vapores, la velocidad usada depende de la presión de operación y de la densidad del fluido; los valores bajos en los rangos dados a coninuación se aplican a maeriales de alo peso molecular. Vacío: 50 a 70 m/s. Presión amosférica: 0 a 30 m/s. Ala Presión: 0 a 30 m/s. Consideraciones Generales de Diseño. Temperauras de las corrienes La menor aproximación de emperauras usada (la diferencia enre la emperaura de salida de una corriene y la emperaura de enrada de la ora corriene) dará una mayor área de ransferencia de calor requerida para una carga dada. El valor ópimo dependerá de la aplicación, y solamene puede deerminarse mediane un análisis económico de alernaivas de diseño. Como una guía general, la mayor diferencia de emperauras deberá ser como mínimo 0 C y la menor diferencia de emperauras 5 a 7 C para en friadores usando agua de enfriamieno y 3 a 5 C usando soluciones de salmuera refrigeranes. El máximo rango de emperaura en agua de enfriamieno recirculada es limiado a 30 C. Consideraciones Generales de Diseño Especial cuidado deberá enerse de que la emperaura media del agua de enfriamieno deberá manenerse por sobre el puno de congelamieno de los maeriales de proceso. Cuando el inercambio de calor es enre fluidos de proceso para recuperación de calor, la aproximación opima de emperauras normalmene no debe ser menor que 0 C. 0
21 Consideraciones Generales de Diseño 3. Caída de presión En muchas aplicaciones la caída de presión disponible para enviar los fluidos a ravés del inercambiador será fijada por las condiciones del proceso, y la caída de presión permisible variará desde unos pocos milibars en servicios al vacío a varios bars en sisemas a ala presión. Cuando el diseñador es libre de seleccionar la caída de presión, puede hacerse un análisis económico para deerminar el diseño del inercambiador el cual de los mínimos cosos de operación, omando en consideración ano el capial de inversión y los cosos de bombeo. Sin embargo, un análisis económico compleo será jusificado solamene para inercambiadores muy grandes y cososos. Los valores sugeridos a coninuación pueden usarse como una guía general, y ellos darán diseños que esén cerca del ópimo. Consideraciones Generales de Diseño Recomendaciones de caídas de presión: Líquidos Viscosidad < 0-3 N s/m 5 psi Viscosidad ( hasa 0) 0-3 N s/m 7-0 psi Gases y vapores Alo vacío kn/m Vacío medio 0. x presión absolua a bar 0,5 x presión manomérica del sisema Sobre 0 bar 0, x presión manomérica del sisema Consideraciones Generales de Diseño Cuando se uiliza una caída de presión ala, debe enerse cuidado que la ala velocidad resulane del fluido no cause erosión o que el flujo del fluido induzca vibración. Si hay grandes cambios de emperaura Qué an exaco es evaluar las propiedades a la emperaura media? Problema Resuelo en Clases Problema. Diseñar un inercambiador para enfriar kg/h de meanol desde 95 C hasa 40 C. Como medio de enfriamieno se debe usar agua proveniene de una orre de enfriamieno a 5 C la cual se caliena hasa 40 C.
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