Diseno de Tanques Enchaquetados y Serpentines

DISEÑO DE PROCESOS II

Diseño de tanques enchaquetados:

En la literatura se dispone de pocos datos para predecir los coefcientes dentro de una chaqueta o entre la chaqueta y un líquido contenido en un recipiente cilíndrico vertical en el que no se cuenta con agitación ec!nica" Durante el calentaiento el #enóeno de e$cla depende de la convección li%re" &os coefcientes para calentaiento en convección li%re pueden apro'iarse para recipientes de gran di!etro ediante las ecuaciones ()* y (+*"

Donde,  -t es la di#erencia de teperatura entre la superfcie caliente y el .uido #río en /0 y do es el di!etro e'terior e'terior en pulgadas" pulgadas" El coefciente de trans#erencia de calor viene dado por,

Donde, Rio1 Ro, Resistencias a la trans#erencia de calor de la película del .uido interno cuan cuando do est! est! re#e re#eri rido do al di! di!etr etro o e'te e'teri rior or del del tu%o tu%o y del del .uid .uido o e'te e'tern rno1 o1 espectivaente" hio1 ho, Coefcientes de trans#erencia de calor para el .uido e'terior y para el .uido interno cuando est! re#erido al di!etro e'terior del tu%o"

Donde, "hi, Coefciente de trans#erencia de calor para el .uido interior" 2i , 2rea de trans#erencia de calor o superfcie interna de tu%ería" 2 , 2rea de trans#erencia de calor o superfcie e'terna de tu%ería" DI1 DE, Di!etro interno y e'terno de la tu%ería 1 respectivaente" 324RIE& CO56RER2S 72R2782

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DISEÑO DE PROCESOS II

Cuando 8 ha sido o%tenida de los valores de hio y ho1 y 9 y -t son calculadas de las condiciones del proceso1 la superfcie superfcie 2 requerida puede puede ser coputada" El c!lculo de 2 se conoce coo de dise:o" Cuando los aparatos de trans#erencia de calor han estado en servicio durante alg;n alg;n tiepo1 se les depositan depositan incrustac incrustaciones iones y %asura en la parte interior interior y e'terior e'terior de las tu%erías1 tu%erías1 a:adiendo a:adiendo dos resistenc resistencias ias as de las que #ueron #ueron incluidas en el c!lculo de 8 por la ecuación" &a resistencia adicional reduce el valor original de 8 y la cantidad requerida de calor ya no se transfere transfere por la superfcie original 2< 2< la teperatura de salida salida del .uido caliente auenta y la teperatura de salida del .uido #río disinuye resp respec ecto to a las las tep tepera eratu tura rass de sali salida da dese desead adas as11 a;n a;n cuan cuando do hi y hio hio se antie antienen nen sustan sustancia ciale lent nte e consta constante ntes" s" Para o%viar o%viar =sta =sta eventu eventuali alida dad1 d1 es costu costu%r %re e dise:a dise:arr el equipo equipo antici anticipan pando do la deposi depositac tación ión de las %asura %asurass e incrustac incrustacione iones1 s1 introduc introduciend iendo o una resistenc resistencia ia Rd llaada llaada #actor #actor de %asura1 %asura1 incrustación o de o%strucción" Supóngase Rdi el #actor de o%strucción para el .uido del tu%o interior a su di!etro interior1 y Rdo el #actor de o%strucción para el .uido del tu%o e'terno en el di!etro e'terior del tu%o interior" Estos #act #actor ores es pue pueden den ser ser consi nsidera derado doss uy uy delg elgados dos para ara lodo lodos1 s1 pero ero apreci aprecia% a%le leent ente e grueso gruesoss para para incrus incrustac tacion iones1 es1 que tienen tienen conduc conductiv tivida idad d t=rica ayor que los lodos" El valor valor de 8 o%ten o%tenido ido de la ecuación ecuación ;nica ;nicaen ente te a partir partir de )>hio )>hio y )>ho )>ho puede puede consi consider derars arse e coo coo coefci coefcient ente e total total lipio lipio design designado ado por por 8c para para ostrar que los lodos o %asura no se han toado en cuenta" El coefciente que incluye la resistencia de los lodos se llaa de dise:o o coefciente total de lodos 8D" El valor de 2 correspondiente a 8D en lugar de 8c1 proporciona las %ase %asess en las las cual cuales es el equi equipo po de%e de%e ser ser hech hecho o en ;lti ;ltia a inst instan anci cia" a" &a correlación correlación entre los dos coefcientes totales es,

????""@ Donde Rd A Rdi B Rdo"

&a ecuación de 0ourier para la superfcie en la que el lodo se depositar! se trans#ora en, 324RIE& CO56RER2S 72R2782

+

DISEÑO DE PROCESOS II

??????(* Si se desea o%tener 21 entonces hio y ho de%er!n calcularse priero ediante ecuaciones tales coo las ecuaciones (* (* y ()* que son independientes independientes de la agnitud de la superfcie pero dependen de su #ora1 tales coo el di!etro y al !rea de .uFo del .uido" Con =stas 8c se o%tiene de la ecuación (G* y 8D se o%tiene de 8c usando la ecuación (@*"

??"(H*

???(*

Donde, "hi, Coefciente de trans#erencia de calor para .uido interno en 468>h #t+/0" D , Di!etro interior en #t"  , conductividad t=rica en 468>h #t /0" 3 , Jelocidad de asa en &%>h #t+ " 3 A K>a< donde K es el .uFo !sico en &%>h y a es el !rea de 0luFo en #t+ L , Jiscosidad Jiscosidad a la teperatura calórica en &%>#t h" C , Calor específco del .uido en 468>&%/0" LK , Jiscosidad a la teperatura de la pared del tu%o en &%>#t h

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DISEÑO DE PROCESOS II

&a ecuación (H* se eplea para .uFo lainar y la ecuación (* para .uFo tur%ulento" &a teperatura calórica para el .uido caliente y #río se calculan por las ecuaciones ()* y ())* respectivaente"

??"()* ???())* Donde,  6c1  6c1 tc , 6eperatura 6eperatura calórica del del .uido caliente caliente y #río respectivaente" respectivaente"  6)1 6+, 6eperatura 6eperatura de entrada y salida del .uido .uido caliente" "t)1 t+, 6eperatura de entrada y salida del .uido #río" 0c, 0racción calórica1 adiensional" Calculo de la di#erencia de teperatura de las terinales #ría y caliente, ??()+* ??""()M* Donde,  -tc1 -th, Di#erencia Di#erencia de teperatura de de las terinales #ría #ría y caliente1 respectivaente"  6)1 6+, 6eperatura 6eperatura de entrada y salida del .uido .uido caliente" t)1 t+, 6eperatura de entrada y salida del .uido #río"

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DISEÑO DE PROCESOS II

Diseño de Serpentines

El serpentín de tu%o proporciona uno de los edios !s %aratos de o%tener superf superfcie cie para para trans# trans#er erenc encia ia de calor1 calor1 se constr construye uyen n do%lan do%lando do longit longitud udes es variadas de tu%ería de co%re1 acero o aleaciones1 para darle #ora de h=lice1 o serp serpen enti tine ness heli helico coid idal ales es do%l do%les es en los los que que la entr entrad ada a y sali salida da est! est!n n convenienteente locali$ados a lado y lado" &os serpentines helicoidales de cualquier tipo se instalan #recuenteente en recipientes cilíndricos verticales1 ya sea con agitador o sin =l1 y siepre se provee de un espacio entre le serpentín y la pared del recipiente para circulación" Otro tipo de serpentín es el de espiral plano1 que es un espiral enrollado en un plano de anera que se puede puede loc locali ali$ar $ar cerca cerca del #ondo #ondo de un recip recipien iente te para para trans# trans#eri erirr calor calor por convec convecció ción n li%re li%re"" &a anu#a anu#actu ctura ra de los serpen serpentin tines1 es1 partic particula ulare rente nte con di!etros superiores a una pulgada1 requiere t=cnicas especiales para evitar que el tu%o se colapse dando secciones elípticas1 ya que esto reduce el !rea de .uFo" El interca%iador de calor de do%le tu%o noralente se usaría para uchos sisteas continuos que tienen de%eres de calor de peque:o a ediano" Sin e%argo1 el interca%iador de calor de rollo helicoidal (CE* podría ser una opción eFor en algunos casos,  Donde el espacio est! liitado1 donde no pueda ponerse un tu%o recto largo  4aFo las condiciones de .uFo del lainar o el velocidad de .uFo %aFo1 donde un interca%iador de calor de cora$a y tu%o se pondría antieconóico de%ido a los coefcientes de trans#erencia de calor %aFos resultantes"  Donde la caída de presión de un .uido est! liitada (por eFeplo1 de%ido al .uFo a trav=s de otro equipo del proceso*" Poniendo la velocidad del .uido del anulo en un CE a apro'iadaente apro'iadaente ) >s1 la caída de presión ser! %aFa"

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DISEÑO DE PROCESOS II

8n CE consiste en un rollo helicoidal (serpentín* #a%ricado #uera de un tu%o de etal que se aFusta en la porción anular de dos cilindros conc=ntricos" &os .uidos .uyen dentro del serpentín y el !nulo1 con trans#erencia de calor que tiene lugar por la pared del serpentín" &as diensiones de a%os cilindros son deterinadas por la velocidad del .uido en el !nulo necesario para encontrar los requisitos de trans#erencia de calor"

&os espacios li%res ínios entre las paredes del !nulo y el serpentín y entre dos giros consecutivos del serpentín de%en ser iguales" En este caso1 se toan a%os espacios li%res coo do>+" El diapasón1 p1 que es el espacio entre cada vuelta vuelta consec consecuti utiva va del del serpen serpentín tín (edi (edido do de centr centro o a centr centro*1 o*1 es )"G do" do" 2suie 2suiendo ndo que la veloc velocida idad d edia edia del .uido es uni#o uni#ore re11 se coput coputa a la velocidad de asa del .uido1 3s1 %asado en el espacio li%re ínio entre la h=lice y la pared del cilindro"

Procediiento Procediiento de Dise:o Dete Deter rin inar ar los los coef coefci cien ente tess de tran trans# s#er eren enci cia a de calo calorr" Para ara calc calcul ular ar los los coefcientes de trans#erencia de calor en el serpentín y en el !nulo1 de%en conocerse los siguientes par!etros )" &a longitu longitud d del serpentí serpentín1 n1 &1 necesaria necesaria para para 5 vueltas, vueltas, +" ?"()* M" El voluen voluen ocupado ocupado por por el serpen serpentín1 tín1 Jc , N" G" " El volu voluen en del !nul !nulo1 o1 Ja, Ja, @" " El voluen voluen disponi disponi%le %le para para el .uFo .uFo del .uido .uido en el !nulo1 !nulo1 J# ,

H" El di!e di!etr tro o equiva equivalen lente1 te1 De, De,

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DISEÑO DE PROCESOS II

El coefciente de trans#erencia de calor en el !nulo1 ho1 puede ser calculado usando una de las siguientes dos ecuaciones" Para n;ero de Reynolds1 5Re1 en el rango de G Q )1 la siguiente ecuación es recoendada,

Para 5Re por encia de )1 de%e usarse la ecuación,

El coef coefci cien ente te de tran trans# s#er eren enci cia a de calo calorr del del .uid .uido o que que .uye .uye dent dentro ro del del serpentín1 serpentín1 hio1 puede puede ser deterinad deterinada a usando usando =todos =todos convencio convencionales nales"" El coefciente de trans#erencia de calor %asado en el di!etro interno1 hi1 es o%tenido usando cualquiera de dos =todos para tu%o recto1 la relación de Sieder6ate o la gr!fca del #actor de Col%urn1 F vs" 5Re" El coefciente %asado en el di!etro e'terno del serpentín1 hio1 es o%tenido por,

El coefciente glo%al de trans#erencia de calor1 81 est! dado por,

Deterinar el !rea requerida" El !rea necesaria para la trans#erencia de calor est! dada por,

Deterinar el n;ero de vueltas del serpentín" Desde 2 A do&1 y & es e'presado en t=rinos de 51 el n;ero de vueltas necesarias del serpentín puede ser calculado por,

Bibliografa:

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