PROCEDIMIENTO DE DISEÑO DE INTERCAMBIADOR DE CALOR
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- Carmelo Farías Ortiz de Zárate
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1 PROCEDIMIENTO DE DISEÑO DE INTERCAMBIADOR DE CALOR 1. Calcular la cantidad de calor intercambiado (Q). Calcular la diferencia de temperatura media efectiva 3. Asumir el coeficiente global de transferencia de calor Uo 4. Calcular el área basada en Uo supuesto 5. Determinar las dimensiones físicas del intercambiador a partir del área calculada 6. Calcular el coeficiente global de transferencia de calor Uo 7. Calcular el área de transferencia basada en Uo calculado y MTD 8. Comparación del área de transferencia calculada con el paso anterior 9. Repetir los cálculos hasta igualar las áreas de transferencia 10. Calcular la caída de presión a través del intercambiador
2 TABLAS Y GRÁFICOS A EMPLEAR EN EL DISEÑO DE INTERCAMBIADORES DE CALOR
3 GRÁFICOS PARA ESTIMAR EL FACTOR F Factor de corrección para un intercambiador de calor de tubo y carcasa con un paso por la carcasa y cualquier múltiplo de pasos de tubos (dos, cuatro, ) TF1 TF TC1 TC P Z T T T T F1 C1 F F 1 Factor de corrección para un intercambiador de calor de tubo y carcasa con dos pasos por la carcasa y cualquier múltiplo de pasos de tubos (dos, cuatro, ). Factor de corrección para un intercambiador de calor de tubo y carcasa con tres pasos por la carcasa y cualquier múltiplo de pasos de tubos
4 Valores de las constante para flujo externo con baffles segmentados Coeficientes típicos de transferencia global de calor en intercambiadores tubulares j Nu H % de corte baffle D h0d k exp C 1 f 0 j H Pr 1/ 3 s ln(re) C ln(re) Arreglo triangular y cuadrado C 1 =0, C =0,4386 C 3 = 0,684 C 1 =0, C =0,4451 C 3 = 0,48 C 1 =0, C =0,4389 C 3 = 0,5339 C 1 =0,00606 C =0,4334 C 3 = 0,5447 0,14 C Arreglo cuadrado rotado C 3 = 0,684 3 C 1 =0, C =0,4386 C 1 = 0,00873 C =0,601 C 3 = 1,1715 C 3 = 0,48 C 1 =0, C =0,4451 C 1 = 0, C =0,7055 C 3 = 1,8417 C 3 = 0,5339 C 1 =0, C =0,4389 C 1 = 0, C =0,6363 C 3 = 1,5736 C 3 = 0,5447 C 1 =0,00606 C =0,4134 C 1 = 0,00305 C =0,6306 Re<1000 Re>1000 Re<1000 Re>1000 Re<1500 Re>1500 Re<1500 U (W/m K) Agua Agua Amoníaco Agua Gas Agua Gas Gas Gas Orgánico liviano Gas Orgánico pesado 0 60 Orgánico liviano (< 0,5 cp) Gas Orgánico pesado (> 1 cp) Gas 0 60 Agua Aire comprimido Agua Aceite lubricante Orgánico liviano Agua Orgánico mediano (0,5 1 cp) Agua Orgánico pesado Aceite lubricante Vapor Agua Vapor Amoníaco Agua Amoníaco (condensación) Agua Freón 13 (ebullición) Vapor Gases 5 40 Vapor Orgánicos livianos Vapor Orgánicos medianos Vapor Orgánicos pesados Orgánicos livianos Orgánicos livianos Orgánicos medianos Orgánicos medianos Orgánicos pesados Orgánicos pesados Orgánicos livianos Orgánicos pesados Orgánicos pesados Orgánicos livianos Petróleo Gasóleo Vapor (Evaporador) Agua Vapor (Evaporador) Otros fluidos Evaporador de refrigeración Vapor (Condensador) Agua Vapor (Condensador) Otros fluidos C 3 = 1,6390 Re>1500
5 Coeficientes de ensuciamiento varios para intercambiadores Fluido industrial R s (m K/W) Sales fundidas 0, Refrigerantes 0, Fluido hidráulico 0, Medio orgánico de transferencia de uso industrial 0,00035 Amoníaco líquido 0, Amoníaco líquido con aceite 0,00058 Soluciones de cloruro de calcio 0,00058 Soluciones de cloruro de sodio 0,00058 CO líquido 0, Cloro líquido 0,00035 Soluciones de metanol 0,00035 Soluciones de etanol 0,00035 Soluciones de etilén glicol 0,00035 Aceites vegetales 0,00058 Gasolina natural y gases petroleros licuados 0, ,00035 Naftas líquidas 0, Queroseno 0, ,00058 Gasóleo liviano 0, ,00058 Gasóleo pesado 0, , Soluciones de soda caústica 0,00035 Asfalto 0, Fuel oil nº 0,00035 Fuel oil nº 6 0, Aceite de transformadores 0, Lubricante de máquina 0, Aceite para templado 0, Crudos, 30 a 175 º C 0, , Crudos, 175 a 30 ºC 0, , Coeficientes de ensuciamiento para agua en intercambiadores (m K/W) Temperatura del medio calefactor Hasta 115 ºC 115 a 05 ºC Temperatura del agua Hasta 50 ºC Encima de 50 ºC Velocidad del agua (m/s) 0,9 > 0,9 0,9 > 0,9 Agua de mar 0, , , , Agua de torre de enfriamiento Tratada No tratada 0, , , , , , , , Agua municipal o de pozo 0, , , ,00035 Agua de río 0, , , ,00058 Agua lodosa 0, , , ,00058 Aguas duras (> 15 granos/gal) 0, , , , Condensado 0, , , , Agua de caldera tratada 0, , , , Agua de enfriamiento de chaquetas 0, , , ,000176
6 Especificaciones para tubos de acero comercial según norma BWG. De Di De Di BWG BWG (pulg) pulg pulg pulg 1/4 0, /4 7 0, ,06 8 0,90 6 0, ,98 3/8 18 0, , , ,03 0, , , ,084 1/ 16 0, , , ,15 0 0, ,180 0, ,3 5/8 1 0, ,8 13 0, , , , , , , , ,509 1/ 9, , , ,555 3/4 10 0, , , , , , , , ,65 0 0,68 7/8 10 0, , , , , , , , , , , , , , , , ,90 0 0,930 Especificaciones para tubos de acero comercial según norma ANSI D Nom De Di Cédula pulg pulg pulg 3/4 1, , ,74 1 1, , , /4 1, , ,78 1 1/ 1, , ,50,375 40, ,939 1/,875 40,469 80,33 3 3,5 40 3,068 80, / 4,0 40 3, , ,5 40 4, ,86 5 5, S 5, , , ,65 10 S 6, , , ,65 10 S 8, , , ,75 10 S 10, ,19 XX 9, ,75 10 S 1, ,09 XX 11, , ,5 Estándar 13,5 XX 13, , ,50 Estándar 15,5 XX 15, ,0 10 S 17,64 Estándar 17,5 XX 17,00
7 Configuraciones comerciales de carcasa y tubos, 1 pase por carcasa, n pases de tubos (conteo de tubos). Carcasa ID pulg 1 P P 4 P 6 P 8 P Tubos 3/4 Pt = 1 OD Triangular / / / / / / Tubos Pt= 1 OD 1 1/4 Triangular / / / / / / Tubos 3/4 OD Pt = 1 Cuadrado / / / / / / Configuraciones comerciales de carcasa y tubos, 1 pase por carcasa, n pases de tubos (conteo de tubos). Carcasa Di pulg 1 P P 4 P 6 P 8 P Tubos Pt = 1 OD 1 1/4 Cuadrado / / / / / / Tubos 3/4 OD Pt 15/16 Triangular / / / / / /
8 Tubos 1 1/4 OD Pt =1 9/16 Cuadrado / / / / / / Configuraciones comerciales de carcasa y tubos, 1 pase por carcasa, n pases de tubos (conteo de tubos). Carcasa ID pulg 1 P P 4 P 6 P 8 P Tubos 1 1/ Pt = 1 7/8 OD Cuadrado / / / / / / Tubos 1 Pt = 1/ OD 1 7/8 Triangular / / / / / / Tubos 1 Pt = 1/4 OD 1 9/16 Triangular / / / / / /
9 GRÁFICO PARA ESTIMAR EL DIÁMETRO EQUIVALENTE DE CARCAZA Y JH(gráficamente)
10 GRAFICA PARA ESTIMAR CAÍDA DE PRESIÓN DEL FLUIDO DEL LADO CARCAZA
11 GRÁFICA PARA ESTIMAR CAÍDA DE PRESIÓN DEL LADO CARCAZA
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