APÉNDICE

1. CALCULOS:

a) CÁLCULO DEL FLUJO MÁSICO DE VAPOR:

Para los cálculos se tomará como ejemplo el caudal de 20 L/min a presión de vapor constante de 6

psia.

Por medio de un balance de masa y energía en la trampa de vapor:

Además:

m3=0 .012 36kgs

Haciendo un balance de materia:

m1=m2+m3

Haciendo un balance de energía en la trampa de vapor:

m1h1=m2h2+m3h3

Asumiendo: Qperdido = 0, W = 0

Reordenando y reemplazando:

m2=m3∗(h3−h1)(h¿¿1−h2)¿

Liquido saturado:

m2=0,01236

kgs

∗( 419.0 6−460.5 ) KJ /Kg

(4 60.5−2675.6 ) KJ /Kg

m2=0.00023kgs

Luego, el flujo másico de vapor es:

m1¿m2+m3

m1=0 ,0125 9kgs

b) FLUJO DE CALOR PERDIDO POR EL FLUIDO CALIENTE:

qc=m1 λ+m1C pc(T 1−T 2)

Donde:

m1 : Flujo másico total del fluido calienteλ : Entalpía de vaporización = 2257 kJ/kg

Cpc : Capacidad calorífica a presión constante del vapor= 1.8723 (kJ/kg °C)

T1 : Temperatura de entrada del fluido caliente

T2 : Temperatura de salida del fluido caliente

Factorizando y reemplazando:

qc=0.0125 9kgsx (2257

kJkg

+1.8723kJkg°C

(119 .22−117.52 )° C)qc=28.453

kJs

c) FLUJO DE CALOR GANADO POR EL FLUIDO FRIO:

q f=mf∗Cp( t2−t 3)Donde:

mf : flujo másico del fluido frío = 0.664 (kg/s)

Cpf : Capacidad calorífica a presión constante del agua= 4.18(kJ/kg °C)

t3 : Temperatura de entrada del fluido frío

t2 : Temperatura de salida del fluido frío

Además:

mf=Qf x ρf

mf=20Lmin

x 994.17Kgm3

x1

60x 1000=0.331

kgs

Reemplazando:

q f=0.331kgs×4,18

kJkg°C

× (45.2 8−23.45 )° C

q f=30.239kJs

d) Cálculo del hi y hio para el fluido frío en el tubo interno

o Número de Reynolds:

ℜ= 4∗mfμ∗π∗Di

Donde: mf : Flujo másico del fluido frioDi : Diámetro interno = 0.03505 mμ : Viscosidad del fluido frio = 0.00068399 (kg/m*s)K : Conductividad térmica del agua fría = 0.624

ℜ=4∗(0.331

kgs )

0.00068399kgm . s

x π x 0.03505=17599.89

o Número de Prandtl:

Pr=Cp×μk

Pr=4,18∗103 K J

kg ª C×0.00068399

kgm. s

0.624Wm.K

=4. 582

o Coeficiente de Transferencia del tubo interno

Suponiendo en un inicio que μμw≈1

h i=0,027kdi

ℜ0,8Pr0,33

hi=0,027∗0,624

Wm.K

0.03505m¿17599.890,8∗4.5820,33

hi=1978.85W

m2 . K

Luego, con hise calcula el hio:

h io∗¿h i∗dido

h io∗¿

1978.85∗Wm2 . K

∗0.03505m

0.04216m

hio∗¿1645.129W

m2 .K

NOTA: Las propiedades físicas del agua se evalúan a la temperatura promedio entre la entrada y la salida (34.365°C).

e) Determinación del ho (coeficiente de película del lado del ánulo)

Se emplea la siguiente correlación:

ho=0,725( λx ρ2 x k3 xgμxdox ∆T )

14 …(1)

∆T=T Cprom−TW

Tw(K): Temperatura de la superficie exterior del tubo interno; se determina por iteración.

Para evaluar µ, K, ρ se emplea TF:

T F=T vs−12(T vs−TW ) … (2)

A 20.7 psia, la temperatura del vapor saturado es:

T vs=10 9.79° CTW=TCprom+T fprom

2….(3)

Además:

T Cprom=(119.22+117.52 )° C

2=11 8.37 °C

T fprom=(23.45+45.28 )º C

2=34.365 ° C

Iteración 1:

En (3)

TW=(148.37+34.365 )º C

2=76.37 ° C≈76 º C

Ahora hallamos en (2)

T F=109.79 ºC−12

(1 09.79−76 )º C=93.08 ° C

Hallamos las propiedades a esta temperatura:

μ=0.0002867kgm . s

k=0,681Wm .K

ρ=962.97kg

m3

λ=2257KJkg

g=9,8 1m

s2

do=0,04216m

Además:

∆T=(119.22−117.52 )º C

2−76 ºC=42º C

Reemplazando en (1):

ho=0,725( 2257 x 103 Jkgx (962.97

kgm3 )

2

x (0,681Wm. K )

3

x (9,8 1ms2 )

(0.0002867kgm. s ) x (0,04216m ) x (42 °C ) )

14

ho=7707.331W

m2K

El nuevo TW*:

TW∗¿=T fprom+( ho

ho+hio )(TCprom−T fprom)¿

T

W∗¿=34.365°C+( 7707.331 Wm2 K

7707.331 Wm2K

+1645.1289 Wm2 . K

)(118.37−34.365 ) °C ¿

TW∗¿=103.59°C ¿

Iteraciones:

Corrida N°1 1 2 3 4 5Tw (°C) 76 103.59 106.70 107.27 107.391TF (°C) 93.08 106.69 108.25 108.53 108.59μ (N.s/m2) 0.0002867 0.000265 0.0002652 0.0002653 0.0002654ρ (Kg/m3) 962.97 952.87 951.65 951.43 951.38

k (W/m.K)

0.681 0.685 0.685 0.685 0.685

ΔTo (K) 42 15 12 11 11λ (J/kg) 2257 2257 2257 2257 2257do (m) 0.04216 0.04216 0.04216 0.04216 0.04216

g (m/s2) 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81

ho

(W/m2K)7707.331 10197.448 10808.401 10942.886 10970.988

Tw * 103.59 106.70 107.27 107.39 107.416

De aquí:

ho=1 0970.988W

m2 .K

f) Diferencia Media Logarítmica de Temperaturas (DMLT):

DMLT=(T 1−T 2 )−(T 4−T3 )

ln(T 1−T 2

T 4−T 3)

DMLT=(119.22−45.28 ) °C− (117.52−23.45 ) °C

ln( 119.22−45.28117.52−23.45 )

=83.601 °C

g) Determinación del coeficiente global de transferencia de calor:

U D=q f

Atotal×MLDT

Donde: Atotal=π d0 L

Reemplazando:

U D=30.239 x103 J

sπ × (0.04216m )×(2.765m)×(83.601K )

U D=987.69W

m2 .K

h) Determinación del Coeficiente de transferencia de calor:

1Uc

= 1hio

+ 1ho

Reemplazando:

1Uc

= 1

1645.1289W

m2 . K

+ 1

10970.988W

m2 .K

Uc=1 430.61W

m2 . K

i) Determinación del Coeficiente de Incrustación:

RD=1U D

− 1UC

Reemplazando:

RD=1

987.69W

m2 . K

− 1

1430.61W

m2 .K

RD=0.0003135m2 . KW