Intercambiador de Calor Trabajo Final

 

  UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA SEDE CUENCA

CARRERA DE INGENIERÍA MECÁNICA “INTERCAMBIADORES DE CALOR” 

GALLARDO EDSON QUIZPHE JONATHAN SICHIQUI FREDDY MINCHALA DIEGO

Transferencia de Calor

Cuenca - Ecuador Julio 2017

 

1.  INTRODUCCION Los intercambiadores de calor son dispositivos usados para la transferencia de calor entre dos o más fluidos, es un equipo mecánico .Cuando la diferencia de temperatura es pequeña se desprecia l transferencia de calor por radiaciony el intercambiador de calor se calcula aplicando las correlaciones de transferencia de calor por conducción y convección.

2.  OBJETIVOS: -Reconocer tipo de intercambiador de calor real y aplicar los conceptos basados con la transferencia de calor. - Calcular el coeficiente te transferencia de calor total U global del intercambiador de calor. 3.  MARCO TEORICO Intercambiador de Calor En un intercambiador de calor participan dos o más corrientes de proceso, unas actúan como fuente de calor y las otras actúan como receptoras de calor, el cual se transfiere a través de las paredes metálicas de los tubos que conforman el equipo (contacto directo). equipos utilizados para emplean generalmente vapor como Los fuente de calentamiento, loscalentar equiposfluidos utilizados para enfriar fluidos emplean usualmente agua como fluido de enfriamiento. Cuando exista una diferencia de temperatura entre un tubo y el fluido. El flujo de calor intercambiado por unidad de tiempo, puede expresarse en función del área de intercambio. Intercambiador de calor de tubos concéntricos o doble tuvo:

Figura 1. Intercambiador de calor doble tuvo Los intercambiadores de calor de tubos concéntricos o doble tubo son los más sencillos que existen. Están constituidos por dos tubos concéntricos de diámetros diferentes .Uno de los fluidos fluye por el interior del tubo de menor diámetro y el otro fluye por el espacio anular entre dos tubos. En un intercambiador de calor en flujo paralelo la temperatura de salida del fluido frio nunca puede ser superior a la temperatura de salida del fluido caliente, en un intercambiador de calor de contraflujo la temperatura de salida del fluido frio puede ser superior a la temperatura de salida del fluido frio es igual a la temperatura de entrada del fluido frio nunca puede ser superior a la temperatura de entrada del fluido caliente. Intercambiador de Coraza y Tubo:

 

Los intercambiadores de tipo coraza y tubo(como se muestra en la figura 2 )constituyen en las partes más importante de los equipos de transferencia de calor sin combustión en las plantas de procesos químicos.

Figura 2. Intercambiador de coraza y tubos Generalmente el intercambiador coraza (carcaza) y tubo, consiste en una serie de tubos lineales colocados dentro de un tubo muy grande llamado coraza y representan la alternativa a la necesidad de una gran transferencia de calor. Intercambiador de calor de espejo fijo: Estos se utilizan con mayor frecuencia que los de cualquier otro tipo y la frecuencia de su utilización se ha incrementado, los espejos se sueldan a la coraza por lo común se extiende más allá de la coraza y sirven como bridas a al que sujetan con pernos los cabezales del lados de los tubos, como se ve en la figura 3.

Figura 3. Intercambiador de calor de espejo fijo Intercambiador de calor de tubo en U: El haz de tubos consiste en un espejo estacionario, tubos en U (o de horquilla), deflectores o placas de soporte y espaciadores y tirantes apropiados, cada tubo tiene la libertad para dilatarse o contraerse, sin limitaciones debidas a la  posición de otros tubos.

 

Figura 4. Intercambiador de calor de tubo en U -Balance Energético: Distinguimos una corriente corriente de flujo flujo frio   y otra de flujo caliente   con respectivas temperaturas de entrada y de salida del intercambiador .Un primer objetivo del estudio estudio de un intercambiador de calor es determinar el flujo de calor q que pasa efectivamente de una corriente. La ecuación de balance térmico vale independientemente de la configuración de flujos y es , para el estado estacionario.

ṁ

ṁℎ

Metodo de la diferencia media Logaritmica(LMTD): El método consiste en expresar la transferencia de calor como el producto de la conductancia del intercambiador (UA) y una diferencia de temperatura que asimila el cambio en el sistema ,la diferencia de temperatura entre los fluidos fríos y caliente varia a lo largo del intercambiador intercambiador de calor y está definido por.

Dependiendo el sentido del flujo de los fluidos en el intercambiador esta relación puede cambiar como se observa en la figura 5.

Figura 5. Diferencia media Logarítmica Extensión a otras geometrías se utiliza la siguiente formula:

4.  EJEMPLO PROPUESTO Se realizó la visita a la fábrica BUENAÑO CAICEDO S.A PRODUCE

 

FIDEOS LA DELICIA, FIDEOS DEL REY, HARINA Y AFRECHO ESTRELLA DE ORO.

Figura 6. Intercambiador de calor de la fábrica Un intercambiador de baja presión 21 [kg/cm²], con Isobutano liquido como fluido de trabajo een n un ciclo de potencia geotérmico, el flujo de masa del Isobutano es de 172727.3 [kg/h]. El Isobutano se calienta de 25°C a 100°C usando 105454.6 [kg/h] de Salmue Salmuera ra de baja salinidad y su temperatura de entrada es de 108.9°C El Isobutano se encuentra por el lado de la carcasa de un intercambiador de carcaza y tubos, y la salmuera por dentro de los tubos. La salmuera tiene una velocidad mínima permitida de 4.5 [ft/s] y una máxima de 6 [ft/s]. El diámetro de los tubos es de 1 pulgada [in] El intercambiador es de 4 pasos de carcasa y 8 pasos por los tubos. Datos Del Isobutano:

798 []  =172727.3 [ ] =47.9798[ =100℃ ℎ  = 100+25 {=25℃ 2 =62.5℃

 

Tabla A-13, Apéndice 1, Pág. 882

Propiedades del Isobutano a temperatura de película 62.5 °C

 =497.9 [kg]  =0.101675 10− .s  =2768 =2768[[kg.J K]  

 

 

 

 =0.0804 [m.WK] =3.4725

 

 

 =  ∗  ∗ (  )  =47.9=7∗2768∗(10025) 9959958.8.572  ℎ] =29.2929[ ] { =105454. 6   929 [ [ =108. 9 ℃  = ?  =108.9℃  

 

 

Datos De Salmuera, por su baja salinidad se ha tomado las propiedades del agua:

 

Tabla A-9, Apéndice 1, Pág. 878

Propiedades del agua a temperatura 108.9 °C

 =4227.68[8 [kg.J K]  =  = 9958958.572  =  ∗  ∗ (  )  =  = 9958958.572  = 29.29.29∗29 ∗ 4227.27.68 ∗ (108(108..9  )  =28.47  

 

 

 

  Tabla A-9, Apéndice 1, Pág. 878

 = 108.9+28.2 47 =68.68℃

Propiedades del agua a temperatura de película 68.68 °C

 =978.2656[ 656 [kg]  =0.411656 10− .s  =4189.208[08 [kg.J K]  =0.661944[ =1 61944 [m.WK]  

 

 

 

 

 

 = 1

 

 =  ∗  ∗ (  )  =29.29∗4189.208∗(108.968.68)  = 4934935.5.07  ∆ = ∆∆∆∆ ∆ ∆  =     =    ∆ =108.9100=8.9℃ 8.943.68 ∆ =68.6825=43.68℃ ∆ =  43.8.968 ∆ =21.86℃ ∆ =∆ ∗   =     =    68108.9 9  = 68.25108.  = 68.25100 6 8108. 9 =0.479 =1.86  

 

 

Calculo de la diferencia media logarítmica.

 

 

 

Figura 11-18, Capitulo 11, Pág. 645

 

 

 

 

 

F=0.75

 

 ∆∆ =21. =16.86∗0.4℃75 ℎ = ∗  ℎ  = ∗        = 0. 0 354 35469 69      =∗= = (0.00254) 4 4 ∗ 70

Determinación de los coeficientes de transferencia de calor para ambos fluidos.

 

Para la Salmuera y cantidad de tubos total Nt=70:

 

 

 

 

 

 

 =0.844   = ∗  = 978.26∗0.29.20935469  ∗∗ ===5094. 0.=844∗0.=0.411656040254∗978. 3 >2300 10− 26 .. =0. 0 23 .(1).. =0.023(5094. 4 3) =21.25  

 

 

 

 

 

Flujo Turbulento:

 

 

 

ℎℎ ==5537. 21.25∗0.0.901[102546[61944 . ]

 

 

Calculo del Coeficiente Total de Transferencia de Calor:

=∗ ∗ ∆ 

 

Considerando la salmuera como agua y el Isobutano como un líquido ligero nos imponemos para el Diseño una longitud de 10m y 50 tubos.  tubos.   

  =∗0.   =∗∗∗ = 03.3.0254∗10∗50 9898 9898   =∗ ∗ ∆  

 

 

4935935.07  =  ∗ 3.3.9898898 ∗ 16.6.4 =75422.05[5 [. ℃]

 

 

Para encontrar el coeficiente de transferencia de calor de la Carcaza.

 

 = ℎ1 +1 ℎ1 1  75422. 0 5= 5537. 1 9 1 1+ + ℎ 1  ℎ =5976.96[6 [. ]   =∗ ∗ ∆ 9958.  572=75422. 0 5∗  ∗16. 4  = 8.8.0510 0510   

 

 

 

 



 

Coeficiente de incrustación:

 =  ∗11  = 75422.05∗3.9898 =3.3231510− [℃]  = ℎ1  +   + ℎ1  3.2331510− = 5537.91∗3.=0.1 090025 898 +3.9. ℃898 + 5976.96∗8.1 0510  

 

 

 

 

Aplicación de la fórmula del Factor de Incrustación vs Coeficiente total de transferencia de calor Utilizando el software EES. A continuación podemos observar cómo afecta el factor de incrustación al coeficiente total de transferencia de calor.

 

 

Figura 7. Grafica Rfi(Factor de incrustación) vs U(Coeficiente total de transferencia de calor) 1.  CONCLUSIONES. -  Podemos concluir gracias a la figura 7 que el factor de incrustación es directamente proporcional al coeficiente total de transferencia de calor 

 

-  Y que para el intercambiador de calor se ha encontrado los coeficiente de transferencia de calor para ambos fluidos y con ello las Áreas de sección transversal para el diseño con una longitud de 10 m por tubo y un número total de 50 tubos  

2.  BIBLIOGRAFÍA. [1] Yunus A. Cengel, Transferencia decalor y masa, Mc Graw Hill, 3ª edición,2007, capitulo 1, 2 y 3 http://es.scribd.com/doc/16985266/DISENO-Y-CONSTRUCCI /doc/16985266/DISENO-Y-CONSTRUCCION-DE-UNON-DE-UN[2 [2]]http://es.scribd.com INTERCAMBIADOR-DE-CALOR-COMOINTERCAMBIADOR-D E-CALOR-COMO-HERRAMIENTA-DI HERRAMIENTA-DIDACTICADACTICAEN-PROCESOS-DETRANFERENCIA-DE-CALOREN-PROCESOS-DETRAN FERENCIA-DE-CALOR-Y-EN-APLICACION Y-EN-APLICACIONESESDE-LA-ENERGIA-SO   DE-LA-ENERGIA-SO

3.  ANEXOS.