TECNOLOGIA DE LA ENERGIA TERMICA

Transcripción

1 TECNOLOGIA DE LA ENERGIA TERMICA DOBLE TUBO Mariano Manfredi Tecnología de la Energía Térmica 1

2 DOBLE TUBO Indice 1. Objeivos 2. Alcance 3. Desarrollo Geomería Cálculo de coeficienes peliculares Verificación del equipo Pérdida de carga Aplicaciones Tecnología de la Energía Térmica 2

3 OBJETIVOS Conocer uno de los equipos de ransferencia de calor más sencillos Conocer los crierios de asignación de fluidos Empleo de correlaciones para cálculo de coeficienes peliculares Empleo de la ecuación de diseño como erramiena de verificación Cálculo de pérdida de carga Conocer las aplicaciones y limiaciones del equipo Tecnología de la Energía Térmica 3

4 ALCANCE Aspecos consrucivos principales Verificación érmica Verificación Hidráulica Tecnología de la Energía Térmica 4

5 Geomería Videos DT - Consruccion DT - Circulacion de Fluidos Tecnología de la Energía Térmica 5

6 Geomería Tecnología de la Energía Térmica 6

7 Cálculo de coeficienes peliculares Lado inerno: Coeficiene pelicular inerno ( i ) Tubo Lado exerno: Coeficiene pelicular exerno ( o ) Ánulo Uso de correlaciones Régimen Tipo de fluido Geomería Tecnología de la Energía Térmica 7

8 Cálculo de coeficienes peliculares Crierios de asignación de fluidos Velocidades recomendadas Corrosión Suciedad Presión Toxicidad Inflamabilidad Temperaura Tecnología de la Energía Térmica 8

9 Cálculo de coeficienes peliculares Crierios de asignación de fluidos Velocidades recomendadas Durane el diseño de un equipo, pueden lograrse mediane la selección adecuada del par de ubos (caños) Tecnología de la Energía Térmica 9

10 Cálculo de coeficienes peliculares Dependencia del régimen Re ρ < v > d µ 4 Q ρ π µ d 4 ω π µ d G d µ Laminar Re < 2100 Transición 2100 < Re < Turbuleno < Re Transición: Zona inesable. Las correlaciones presenan desviaciones imporanes. En lo posible, eviar el diseño en ese régimen. Tecnología de la Energía Térmica 10

11 Cálculo de coeficienes peliculares Coeficiene pelicular inerno Régimen Laminar Correlación Sieder-Tae para régimen laminar Nu 1.86 Re Pr Cp µ Pr k φ Nu µ µ w d k 0.14 d L 1/3 φ Válida para fluidos orgánicos, soluciones acuosas, gases. Propiedades evaluadas a Temperaura media ariméica enre la enrada y salida del equipo (a excepción de µ w ). Se asume que las propiedades ermodinámicas son consanes desde la enrada asa la salida. Tecnología de la Energía Térmica 11

12 Cálculo de coeficienes peliculares Coeficiene pelicular inerno Régimen Turbuleno Correlación Sieder-Tae para régimen urbuleno Nu Re 0.8 Pr 1/3 φ Pr Nu φ Cp µ k µ µ w d k 0.14 Válida para fluidos orgánicos, soluciones acuosas, gases. Propiedades evaluadas a Temperaura media ariméica enre la enrada y salida del equipo (a excepción de µ w ). Se asume que las propiedades ermodinámicas son consanes desde la enrada asa la salida. Tecnología de la Energía Térmica 12

13 Cálculo de coeficienes peliculares Coeficiene pelicular inerno Agua 0.8 v ( ) φ d φ µ µ w 0.14 Válida para agua. [ºC] enre 5 ºC y 95 ºC v [m/s] enre 0,3 m/s y 3 m/s d [m] enre 0,01 m y 0,05 m [W/m 2 K] Propiedades evaluadas a Temperaura media ariméica enre la enrada y salida del equipo (a excepción de µ w ). Se asume que las propiedades ermodinámicas son consanes desde la enrada asa la salida. Tecnología de la Energía Térmica 13

14 Cálculo de coeficienes peliculares Coeficiene pelicular exerno Régimen Laminar Correlación Sieder-Tae para régimen laminar Nu 1.86 Re Pr Cp µ Pr k φ Nu µ µ w d k 0.14 d L 1/3 φ deq Válida para fluidos orgánicos, soluciones acuosas, gases. Propiedades evaluadas a Temperaura media ariméica enre la enrada y salida del equipo (a excepción de µ w ). Se asume que las propiedades ermodinámicas son consanes desde la enrada asa la salida. 2 4 Af Di d Perimero. ermico d Tecnología de la Energía Térmica 14 o 2 o

15 Cálculo de coeficienes peliculares Coeficiene pelicular exerno Régimen Turbuleno Correlación Sieder-Tae para régimen urbuleno Nu Re Pr Nu φ Cp µ k µ µ w d k Pr 1/3 φ deq Válida para fluidos orgánicos, soluciones acuosas, gases. Propiedades evaluadas a Temperaura media ariméica enre la enrada y salida del equipo (a excepción de µ w ). Se asume que las propiedades ermodinámicas son consanes desde la enrada asa la salida. 2 4 Af Di d Perimero. ermico d Tecnología de la Energía Térmica 15 o 2 o

16 Cálculo de coeficienes peliculares Coeficiene pelicular exerno Agua 0.8 v ( ) φ d deq 2 4 Af Di d Perimero. ermico d o 2 o φ µ µ w 0.14 Válida para agua. [ºC] enre 5 ºC y 95 ºC v [m/s] enre 0,3 m/s y 3 m/s d [m] enre 0,01 m y 0,05 m [W/m 2 K] Propiedades evaluadas a Temperaura media ariméica enre la enrada y salida del equipo (a excepción de µ w ). Se asume que las propiedades ermodinámicas son consanes desde la enrada asa la salida. Tecnología de la Energía Térmica 16

17 Tecnología de la Energía Térmica 17 DOBLE TUBO - Cálculo de coeficienes peliculares Cálculo de Temperaura de pared ( ) ( ) T w o w io ( ) ( ) T w io w o io o o io w T + + io o io o w T + +

18 Cálculo de coeficienes peliculares Uso de gráfico J H (coeficiene pelicular en ubos/anulo) Tecnología de la Energía Térmica 18

19 Cálculo de coeficienes peliculares Convección mixa en ubos orizonales Coeficiene pelicular para convección mixa Diámero del ubo Densidad Coeficiene de expansión érmica Gravedad Conducividad érmica Viscosidad Diferencia de emperauras Propiedades a emperaura de film w T Tf + 2 Inervalo de aplicación de gráfico Gr 2 g. β. ρ. d 1 β v d 0.01< Pr < 1 L dv dt 3 2 µ.( T 1 v d Gz Re.Pr. L v T w ) Tecnología de la Energía Térmica 19

20 Cálculo de coeficienes peliculares Convección mixa Tecnología de la Energía Térmica 20

21 Verificación del equipo Uso de la Ecuación de Diseño Q U C AC TML Q U D AD TML Despeje Despeje Comparo conra A A NO SI A C A D A A > A D El equipo verifica érmicamene A A < A D El equipo NO verifica érmicamene Tecnología de la Energía Térmica 21

22 Verificación del equipo Sobredimensionamieno En función de A C En función de A D OS C AA AC % 100 A C OS D AA AD % 100 A D Refleja qué an grande es realmene el equipo respeco de lo que se requiere Valores recomendados (OS D %) 10% - 20% Inceridumbre de correlaciones Margen de seguridad para la operación Tecnología de la Energía Térmica 22

23 Pérdida de carga Pérdida de carga en ubos P 2 G 4 2 ρ f ( 2 N L ) 1 d + ΣK φ ΣK 0 Régimen laminar Régimen urbuleno φ µ µ w 0.25 φ µ µ w 0.14 f 16 Re Tubos lisos Re Tubos rugosos (acero comercial) Re f f Tecnología de la Energía Térmica 23

24 Pérdida de carga Pérdida de carga en anulo P a 2 G 4 2 ρ f a ( 2 N L ) 1 d + ΣK φ ΣK N deq 4 Af Perimero. idraulico D i d o Régimen laminar Régimen urbuleno φ µ µ w 0.25 φ µ µ w 0.14 f 16 Re Tubos lisos Re Tubos rugosos (acero comercial) Re f f Tecnología de la Energía Térmica 24

25 Pérdida de carga Arreglo Serie Paralelo Arreglo empleado para disminuir el P excedido de uno de los dos fluidos Variables afecadas (venaja): ω, G, Re, f, N, ΣK gran disminución del P Variables afecadas (desvenaja): ω, G, Re,, U disminución del coeficiene global de ransferencia de calor se pone en riesgo la verificación érmica Tecnología de la Energía Térmica 25

26 Aplicaciones Venajas Desvenajas Aplicaciones en las que el proceso requiera áreas de inercambio del orden de los m 2 Bajos caudales Empleado cuando quiere lograrse flujo cocorriene o conracorriene puro Fácil consrucción Bajo coso Máxima longiud usual de 6 meros. A mayor longiud el ubo flexiona y se disorsiona el área anular originando una mala disribución del fluido anular El área de ransferencia de una orquilla es muy reducida si el proceso de ransferencia de calor requiere gran área de inercambio, deben emplearse gran número de orquillas, resulando un equipo muy grande, ocupando muco espacio (problemas de layou) y demanda de muco manenimieno Desarme para limpieza complicado y laborioso A mayor amaño de equipo, mayor canidad de punos de fuga (debido a la mayor canidad de empleo de junas) Tecnología de la Energía Térmica 26

27 Aplicaciones Doble ubo aleado Cuando se requiere mayor área de ransferencia Consrucción más compleja Muliubo Cuando se requiere mayor área de ransferencia Cuando se requiere mayor área de flujo para el fluido de ubos Consrucción aun más compleja Tecnología de la Energía Térmica 27

28 PREGUNTAS? Tecnología de la Energía Térmica 28

29 FIN Mariano Manfredi Tecnología de la Energía Térmica 29