2013 Htri Tutorial

76.49 Operaciones Unitarias de Transferencia de Cantidad de Movimiento y Energía HTRI – XIST - Casco y Tubos

HTRI: Heat Transfer Research Institute

76.49 Operaciones Unitarias de Transferencia de Cantidad de Movimiento y Energía

HTRI El programa Xist utiliza dos modelos de cálculo: • Modelo shortcut aproximados •

para

cálculos

rápidos

y

Modelo riguroso: el programa subdivide el intercambiador en una serie de celdas tridimensionales. Primero subdivide el intercambiador en incrementos según el sentido axial. A continuación divide el intercambiador en filas en sentido vertical y luego en secciones en sentido horizontal. El número de filas y secciones depende de la geometría del intercambiador (tipo de deflector, orientación del corte de los deflectores, número de pasos en los tubos, etc.). La cantidad total de celdas creadas son las suficientes y necesarias como para que en cada una de ellas predomine un tipo de flujo (axial en ventana o cruzado) y tenga un solo paso de tubos. 3

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HTRI • El modelo incremental no utiliza valores globales de diferencia de temperatura, coeficientes individuales o coeficientes globales de transferencia de calor. • No obstante, a modo informativo, el programa dedica una sección en la primera hoja de Final Results al desempeño global del intercambiador. Los valores aquí indicados no son utilizados por el programa, sino calculados a partir de los resultados que surgen de la aplicación del modelo incremental. Para este cálculo, el programa emplea las siguientes ecuaciones:

Qtot = Atot U avg (EMTD )avg

dQi = dAiU i (∆Tml )i

U avg =

1 Atot

∑ [U dA ] n

1 1 = (EMTD )avg Qtot

i

i

 dQi  ∑n  (∆T )  ml i  

4

Equipo AES (Ejercicio 1)

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Resumen Verificación y Diseños - Ejercicio 1 Caso Nt L (m) Do (inch) Pt (inch) n pasos Arreglo Dcoraza (inch) B/Ds % Ret hio (W/m2°C) DPt (kPa) Res ho (W/m2°C) DPs (kPa)

Base

Diseño 1

356

356

4,8

6

1

1

1,25

1,25

4

4

triangular

triangular

29

29

34,5

34,5

8821

8821

638

636

31,6

37,0

8993

8993

818

818

17,7

1/Rf (W/m2°C)

2857

Ud (W/m2°C)

319

Areal (m2) Areq (m2) % sobrediseño Costo

136,4 159,5

22,4 2857 318 170,4 159,8

Diseño 2

Diseño 3

Diseño 4

Diseño 5

Diseño 6

348

348

348

298

400

4,8

6

4,8

6

4,8

1

1

1

1

1

1,25

1,25

1,25

1,25

1,25

6

6

6

4

6

triangular

triangular

triangular

triangular

triangular

29

29

29

27

31

34,5

34,5

21,5

25,0

20,0

13536

13536

13536

10538

11777

878

878

878

718

785

104,0

120,9

104,0

51,1

80,5

8993

8993

14423

14309

13569

818

818

1060

1056

1025

17,7

22,4

65,8

70,4

63,0

2857

2857

2857

2857

2857

369

369

411

372

385

133,3

166,6

133,3

142,7

153,2

137,8

137,8

123,6

136,6

132,1

-15

7

-3

21

8

4

16

9906

11541

10007

11620

10166

9779

11694

6

Uso del software HTRI

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Datos de entrada- Ejercicio 1- Verificación • GEOMETRÍA Número de tubos - Nt Longitud de tubos – L (m) Diámetro externo de tubos – Do (m) Espesor de tubos – BWG Diámetro interno de tubos – Di (m) Espaciado (pitch) – Pt (m) Espacio abierto – c (m) = Pt - Do Arreglo Diámetro equivalente coraza – De (m) Número de pasos por tubos - n Diámetro interno de coraza – Ds (m) Espaciado entre baffles – B (m)

356 4.8 0.0254 (1”) 12 0.01988 0.03175 (1 ¼”) 0.00635 Triangular 0.0181 4 0.7366 (29”) 0.254 (35% de Ds)

• DISPOSICIÓN DE FLUIDOS • Coraza: caliente; aceite • Tubos: frío; destilado

8

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Datos de entrada- Ejercicio 1 - Verificación • PROPIEDADES Fluido Temperatura media (°C) Densidad (kg/m3) Calor específico (J/kg°C) Viscosidad (cP) Conductividad térmica (W/m°C) Fluido Temperatura media (°C) Densidad (kg/m3) Calor específico (J/kg°C) Viscosidad (cP) Conductividad térmica (W/m°C)

Página 27 Página 25 Página 43 Página 20

Página 27 Página 25 Página 43 Página 20

Aceite 35 °API (caliente) 93 (199,4°F) 149 (300°F) 205 (401°F) 790 760 720 2220 2460 2640 1.3 0.65 0.35 0.130 0.126 0.123 Destilado 35 °API (frío) 31 (87,8°F) 65 (149°F) 100 (212°F) 840 810 785 1970 2140 2260 4 2.3 1.5 0.135 0.133 0.129

• RESISTENCIA DE ENSUCIAMIENTO • Global: 0,00035 m2°C/W 13

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Comparación - Ejercicio 1 - Verificación Método

KERN

HTRI

Fuerza impulsora DT mln x ft

Global

Estimado a partir de coeficientes con propiedades medias

U

Estimado a partir de integrar coeficientes locales

En este caso particular las conclusiones son similares: el equipo no verifica Método

KERN

HTRI

32

33,5

638 (transición)

971

DP coraza (kPa)

18

7,5

h coraza (W/m2°C)

818

712

DP tubos (kPa) h tubos (W/m2°C)

20

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Comparación - Ejercicio 1- Diseño 6 Es importante notar que el software no tomará las decisiones necesarias para la propuesta de un equipo viable; el razonamiento debe llevarlo a cabo el diseñador (paso a paso podría realizarse la selección del diseño como se hizo cuando se calculaba con Kern) En este caso particular el equipo propuesto cuando se verificaba por Kern podría considerarse inseguro (el coeficiente de transferencia para coraza, sin considerar bandas de sellado es mucho menor al calcularlo más rigurosamente): Método

KERN

HTRI

DP tubos (kPa)

81

76,7

h tubos (W/m2°C)

785

1277

DP coraza (kPa)

63

10,6

1025

675

16

-1,6

h coraza (W/m2°C) Sobrediseño (%)

21

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