Universidad Autónoma de Baja California Campus Tijuana

Facultad de Ciencias Químicas e Ingeniería

Operaciones de Momentum y Calor

Diseño de un Intercambiador de Calor de doble tubo

Chavez Flores Miguel Enrique

01217224

Ingeniería Química

Dr. Cesar García Ríos

Tijuana B.C., Lunes 30 de Diciembre del 2015

Propiedades del Ac. Acético a Tb=52.5 oC

Propiedades del Agua a Tb=60 oC (Suponiendo t2=40 oC)

Densidad (m3/kg) Viscosidad (Pa s) Calor especifico (J/kg k)

Conductividad Térmica (W/m k)

1027.1 8.5x10-4 2239.403 0.1713Densidad (m3/kg) Viscosidad (Pa s) Calor especifico

(J/kg k)Conductividad Térmica (W/m k)

978.78 4.67x10-4 4210 0.58

Conductividad térmica del Cobre = 385 W/m k

Selección de diámetro de tubo interno

ρ= mV

m=ρ V=(1027.1 ) (0.0121 )=12.428 kgs

V r= 1.5 m/s

m=(ρ)(V r)(π Di2/4 ) Despejando Di

Di=√ 4 mρπ V r

=√ 4 (12.428)(1027.1)π (1.5)

=0.1013m

Diámetro nominal de 4´´ Di= 0.1023 m, De=0.1143 m

Recalculando velocidad para Ac. Acético

V= m

ρ Di2= 12.428

(1027.1)¿¿

Determinación de la transferencia de Calor para Ac. Acético Q=mC p∆T= (12.428 ) (2239.403 ) (55 )=153,072.527W

Determinación del flujo másico de fluido de servicio

m= QC p∆T

=153,072.527(4210)(55)

=0.6611 kgs

Determinación del diámetro interno del tubo externo (di)m=(ρ)(V r)¿

Despejando di

d i=√ 4 mρ V rπ

+D e2=√ (4 ) (0.6611 )

(1027.1 ) (1.8 )π+¿

Diámetro Nominal 5´´ di=0.13894 m, de=0.1413 m

Calculo del Área de flujo del fluido de servicio

A flujo=π4

(d i2−De

2 )=π4

¿

Recalculando velocidad para fluido de servicio

V= mρ A flujo

= 0.6611

(978.78)(4.9 x10−3)=0.1378 m

s

Determinación de la temperatura de salida del fluido de servicio

t 2=t 1−Q

mCp

=95− 153,072.527(0.6611) (4210 )

=40.00186℃

La suposición fue acertada, por lo que no es necesario hacer correcciones.

Calculo de la fuerza impulsora (∆T ln)∆T ln=15℃

La fuerza impulsora es la diferencia de temperaturas en cualquiera de las terminales del diagrama T-L debido a que son iguales.

Determinación del coeficiente de transferencia de calor para el ácido acético (hi).

ℜ=Di V ρμ

=(0.1023)(1.1562)(1027.1)

8.5 x10−4 =142923

Pr=Cp μ

k=

(2239.403)(8.5 x 10−4)0.1713

=11.112

Nu=hi Di

k

Nu=0.027¿

hi=NukDi

=(801.7572)(0.1713)

(0.1023)=1342.532 W

m2 k

Determinación del coeficiente de transferencia de calor para el fluido de servicio (he).

Deq=4Areaflujo

Perimetromojado=4 4.9 x10

−3

0.7956=0.02464m

ℜ=Deq V ρμ

=(0.02464 )(0.1378)(978.78)

4.67 x 10−4=7116

Pr=Cp μ

k=

(4210)(4.67 x10−4)0.58

=3.4

Nu=0.027¿

he=NukDeq

=(49.013)(0.58)

(0.02464)=1153.7151 W

m2 k

Determinación del coeficiente global de transferencia de calor (Ue)

U e=1

re [ 1r ehe+ln

rer i

kCu

+1rihi

]= 1

0.05715[ 1(0.05715)(1153.7151)

+ln0.057150.05115385

+1

(0.05115)(1342.532) ]=582.93 W

m2k

Calculo dela longitud del Intercambiador de calor

Q=U e∆T ln π De L

L= QU e∆T ln π De

= 153,072.527(582.93)(15)π (0.1143)

=48.83m

Diseño de un Intercambiador de Calor de doble tubo, para el calentar ácido acético (3.2 GPS) de 25oC a 80oC (100%) usando como fluido de servicio agua a 95oC.

Agua a t1= 95 oC

Vr= 1.8 m/s

Agua a t2= ¿?

Ac. Acético a T1= 25 oC

V= 3.2 GPS= 0.0121 m3/s

Vr= 1.5 m/sAc. Acético a T2= 80 oC