I

PROBLEMA 1 Se quiere enfriar 7000 lb/h de un aceite lubricante de 26ºAPI desde 450 hasta 350ºF y se utiliza para el enfriamiento una corriente de un aceite crudo de 34ºAPI que puede calentarse desde 300 hasta 320ºF. El factor de obstruccion sera de 0.003 para cada corriente. Se disponede tubos de 20pies de longitud, de 3*2" ITS. La viscosidad para el aceite lubricante es de 1.4cp a 500ºF, 3.0cp a 400ºF y 7.7cp de 300ºF.Diseñe el equipo apropiado para esta operación (area de transferencia hasta 200pies2)

A.L Cp = 0.62A.C Cp = 0.59

Aceite Crudo 320

7000 lb/hAceite lubricante Aceite lubricante

350 °F

Aceite Crudo 300

L = 20 pies

1) BALANCE TERMICO CALCULO DE LA MASA DEL ACEITE CRUDO

Q= 434000 mc = 36780 lb/hr.

450

350 320 MLTD= 83.7247952 83.7

50300 130

50 130 ΔTc /ΔTh = 0.385

cool heat

Por el lado del casco = T1-T2 (450-350)ºF

2) CALCULO DE ∆TL

ΔTc =

ΔTh =

𝑚𝑐 = 𝑄/(〖𝑐𝑝〗 _𝑐 ∗ 〖∆𝑡〗 _𝑐 )

Intercambiador

caliente

frio

100ºFPara 26ºAPI a 100ºF

Kc= 0.42Fc= 0.38

Tc= T2 + Fc*(T1-T2)Tc = 388 A. lubricante

A.L T1-T2 100

A.C t1-t2 20 tc= t1 + Fc*(t2-t1)

tc= 307.6Redondeo 308 A. crudo

Se quiere enfriar 7000 lb/h de un aceite lubricante de 26ºAPI desde 450 hasta 350ºF y se utiliza para el enfriamiento una corriente de un aceite crudo de 34ºAPI que puede calentarse desde 300 hasta 320ºF. El factor de obstruccion sera de 0.003 para cada corriente. Se disponede tubos de 20pies de longitud, de 3*2" ITS. La viscosidad para el aceite lubricante es de 1.4cp a 500ºF, 3.0cp a 400ºF y 7.7cp de 300ºF.Diseñe el equipo apropiado para esta operación (area de transferencia hasta 200pies2)

°F

Aceite lubricante450 °F

°F

CALCULO DE LA MASA DEL ACEITE CRUDO 3) PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS LIQUIDOS

Aceite lubricante (388ºF) Aceite Crudo (308ºF)

Cp(Btu/lb.°F) 0.61 0.582µ(lb/pie.hr) 3.5 0.85k*(cp*u/k)^1/3 0.185 0.145Grav. Esp. 0.78 0.77

Densidad 48.672 48.048r 0.003 0.003

4) CARACTERÍSTICAS DE LOS TUBOSdi do

3"2" 2.067 2.38

5) DETERMINACIÓN DEL CURSO DE LOS FLUÍDOSMASA DE Aceite lubricante 7000

MASA DE Aceite crudo 36780

6) CÁLCULO DE LA PELÍCULA DEL TUBO INTERIOR

7) CÁLCULO DE LA PELÍCULA DEL ANULO

Ga=Nre=

62.4Fig. 14 (ver ºAPI) y luego nos vamos a Fig. 5 .. (pag. 48 y luego a pag. 29)Fig. 1 (pag. 24)Fig. 8.2 (pag. 32)

Di Do de At Alt Xw

3.068 3.5 1.575 2.944 0.622

3.35 0.1565

At 2.944 Lado del anilloAt 3.35 Lado del tubo interior

Gt= 1580991 jh= 0.0028 Fig. 24 (pag. 56)Nre= 132389.75 Ξ 132389 JH= 370.69 371

DH2O

lb/h.pie2

𝑘∗((𝑐𝑝∗𝑢)/𝑘 )^(1/3)

Fig. 1 (pag. 24) = 0.145

hi = 312.307692 312 Btu/hr.pie2.ºF

ht = 270.968067 271

Diametro nominal = 3"L/D = 20/(3/12) = 80

342391 jh= 0.004 Fig. 24 (pag. 56)5305.65038 5306 JH= 21.224 21

Fig. 1 (pag. 24) = 0.185

ha= 29.6 30 Btu/h.pie2.F

Btu/h.pie2.F

𝑘∗((𝑐𝑝∗𝑢)/𝑘 )^(1/3)

𝑘∗((𝑐𝑝∗𝑢)/𝑘 )^(1/3)

8) CALCULO DEL COEFICIENTE TOTAL LIMPIO

Uc= 27.0099668 27

9) CALCULO DEL COEFICIENTE TOTAL DE DISEÑO

Ud= 23.2358003 23

10) CALCULO DEL AREA REQUERIDA CORRECCION DEL CALOR CON EL NUEVO cp

A= 221.740971 222 Q = 427000 Btu/hr

11) CALCULO DE LA LONGITUD TOTAL DEL INTERCAMBIADOR A = 583.528872

Lt= 356.913183 357

12) CALCULO DEL NUMERO DE HORQUILLAS

Nh= 8.925 9

Btu/h.pie2.F

Btu/h.pie2.F

RECALCULO TOTAL DEL INTERCAMBIADOR Y EL AREA VERDADERA

LT = 360 pies A= 223.92 ˂ 200 pie2 INCORRECTO

13) CALCULO DE LA CAIDA DE PRESION EN EL TUBO INTERIOR

f= 0.00536392 0.005

18.0629218 18 psi < 10 psia INCORRECTO

14) CALCULO DE LA CAIDA DE PRESION EN EL TUBO EXTERIOR

Nre= 9543.23519 9543 v= 1.97945171

f= 0.00912518 ∆Pes=0.009

∆PA=∆Pa= 4.52267417 psi

pie2

∆Pt=

CORRECCION DEL CALOR CON EL NUEVO cp

INCORRECTO

pies/s

0.54808924 psi

3.974584934 psi < 10 psia CORRECTO

1 .- Se quiere enfriar 7000 lb/h de un aceite lubricante de 26ºAPI desde 450 hasta 350ºF y se utiliza para el enfriamiento una corriente de un aceite crudo de 34ºAPI que puede calentarse desde 300 hasta 320ºF. El factor de obstruccion sera de 0.003 para cada corriente. Se disponede tubos de 20pies de longitud, de 3*2" ITS. La viscosidad para el aceite lubricante es de 1.4cp a 500ºF, 3.0cp a 400ºF y 7.7cp de 300ºF.Diseñe el equipo apropiado para esta operación (area de transferencia hasta 200pies2)

A.L Cp = 0.62A.C Cp = 0.59

calienteAceite Crudo

300 °FAceite Lubricante 7000

Aceite Crudo 36780A. Crudo (m2) 18390

L = 20 pies

1) BALANCE TERMICO CALCULO DE LA MASA DEL ACEITE CRUDO

434000 mc = 18390

450

350 340 MLTD= 76.0979642225

300

50 110 ΔTc /ΔTh =

cool heat

Por el lado del casco = T1-T2 (450-350)ºF

Q A.L. =

2) CALCULO DE ∆TL

ΔTc =

ΔTh =

IntercambiadorIntercambiador

𝑚𝑐 = 𝑄/(〖𝑐𝑝〗 _𝑐 ∗ 〖∆𝑡〗 _𝑐 )

caliente

frio

100ºFPara 26ºAPI a 100ºF

Kc= 0.42Fc= 0.42

Tc= T2 + Fc*(T1-T2)Tc = 392

A.L T1-T2 100

A.C t1-t2 40 tc= t1 + Fc*(t2-t1)

tc= 316.8Redondeo 317

cp a 392°F1.4cp a 500ºF, 3.0cp a 400ºF y 7.7cp de 300ºF.

1.4 5003 400

7.7 300

1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 4 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 5 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 6 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 6.9 7 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 7.7 7.8 7.9 80

102030405060708090

100110120130140150160170180190200210220230240250260270280290300310320330340350360370380390400410420430440450460470480490500510

Chart Title

1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 4 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 5 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 6 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 6.9 7 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 7.7 7.8 7.9 80

102030405060708090

100110120130140150160170180190200210220230240250260270280290300310320330340350360370380390400410420430440450460470480490500510

Chart Title

Se quiere enfriar 7000 lb/h de un aceite lubricante de 26ºAPI desde 450 hasta 350ºF y se utiliza para el enfriamiento una corriente de un aceite crudo de 34ºAPI que puede calentarse desde 300 hasta 320ºF. El factor de obstruccion sera de 0.003 para cada corriente. Se disponede tubos de 20pies de longitud, de 3*2" ITS. La viscosidad para el aceite lubricante es de 1.4cp a 500ºF, 3.0cp a 400ºF y 7.7cp de 300ºF.Diseñe el equipo apropiado para esta operación (area de transferencia hasta 200pies2)

frioAceite lubricante 7000 lb/h

450 °F

Aceite Crudo340 °F

Aceite lubricante 350 °F

CALCULO DE LA MASA DEL ACEITE CRUDO 3) PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS LIQUIDOS

Aceite lubricante (392ºF)Cp(Btu/lb.°F) 0.51µ(lb/pie.hr) 3.35

lb/hr. k*(cp*u/k)^1/3 0.21Grav. Esp. 0.61

Densidad 38.064r 0.003

4) CARACTERÍSTICAS DE LOS TUBOSdi

3"2" 2.067

76.1 5) DETERMINACIÓN DEL CURSO DE LOS FLUÍDOSMASA DE Aceite lubricante

50 MASA DE Aceite crudo110

6) CÁLCULO DE LA PELÍCULA DEL TUBO INTERIOR0.455

IntercambiadorIntercambiador

𝑚𝑐 = 𝑄/(〖𝑐𝑝〗 _𝑐 ∗ 〖∆𝑡〗 _𝑐 )

A. lubricante

A. crudo 7) CÁLCULO DE LA PELÍCULA DEL ANULO

1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 4 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 5 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 6 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 6.9 7 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 7.7 7.8 7.9 80

102030405060708090

100110120130140150160170180190200210220230240250260270280290300310320330340350360370380390400410420430440450460470480490500510

Chart Title

1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 4 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 5 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 6 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 6.9 7 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 7.7 7.8 7.9 80

102030405060708090

100110120130140150160170180190200210220230240250260270280290300310320330340350360370380390400410420430440450460470480490500510

Chart Title

Aceite Lubricante18390 lb/hr 7000 lb/h

Aceite Crudo 450 ºF300 °F

36780 lb/hrAceite Crudo Aceite Crudo

300 °F T2? °F

18390 lb/hrAceite Crudo

300 °FAceite Lubricante

350 ºF

Aceite Crudo (317ºF)0.47 Fig. 8.1 (pag. 33)0.75 Fig. 14 (ver ºAPI) y luego nos vamos a Fig. 5 .. (pag. 48 y luego a pag. 29)

0.115 Fig. 1 (pag. 24)0.59 Fig. 8.2 (pag. 32)

36.816 62.40.003

do Di Do de At Alt Xw

3.068 3.5 1.575 2.944 0.6222.38 3.35 0.1565

7000 At 2.944 Lado del anillo (casco)18390 At 3.35 Lado del tubo interior


Gt= 790496 jh= 0.003Nre= 75020.86 Ξ 75021 JH= 225.06

ü Hacemos un arreglo en paralelo, puesto que la masa es muy grande:

DH2O

lb/h.pie2

𝑘∗((𝑐𝑝∗𝑢)/𝑘 )^(1/3)

Fig. 1 (pag. 24) = 0.115

hi = 150.2177068215 150 Btu/hr.pie2.ºF

ht = 130.2731092437 130

Diametro nominal = 3"L/D = 20/(3/12) = 80

Ga= 342391 jh= 0.004 Fig. 24 (pag. 56)Nre= 5543.21681 5543 JH= 22.172 22

Fig. 1 (pag. 24) = 0.21

ha= 35.2 35 Btu/h.pie2.F

Btu/h.pie2.F

𝑘∗((𝑐𝑝∗𝑢)/𝑘 )^(1/3)

𝑘∗((𝑐𝑝∗𝑢)/𝑘 )^(1/3)

1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 4 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 5 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 6 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 6.9 7 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 7.7 7.8 7.9 80

102030405060708090

100110120130140150160170180190200210220230240250260270280290300310320330340350360370380390400410420430440450460470480490500510

Chart Title

1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 4 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 5 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 6 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 6.9 7 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 7.7 7.8 7.9 80

102030405060708090

100110120130140150160170180190200210220230240250260270280290300310320330340350360370380390400410420430440450460470480490500510

Chart Title

Para hallar la nueva T°

Aceite Crudo

T2 = 339.999631 340


Uc= 27.5757576 28


Ud= 23.9726027 24

10) CALCULO DEL AREA REQUERIDA CORRECCION DEL CALOR CON EL NUEVO cp

A= 195.471721 195 Q =

11) CALCULO DE LA LONGITUD TOTAL DEL INTERCAMBIADOR

Lt= 313.504823 314

12) CALCULO DEL NUMERO DE HORQUILLAS

Fig. 24 (pag. 56)225 Nh= 7.85 8

Hacemos un arreglo en paralelo, puesto que la masa es muy grande:

Btu/h.pie2.F

Btu/h.pie2.F

RECALCULO TOTAL DEL INTERCAMBIADOR Y EL AREA VERDADERA

LT = 320 pies A= 199.04

13) CALCULO DE LA CAIDA DE PRESION EN EL TUBO INTERIOR

f= 0.00586607 0.006

6.28630498 6 psi < 10 psia

14) CALCULO DE LA CAIDA DE PRESION EN EL TUBO EXTERIOR

Fig. 24 (pag. 56) Nre= 2421.41788 2421

f= 0.01350751

∆Pa= 7.71507931 psi

pie2

∆Pt=

1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 4 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 5 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 6 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 6.9 7 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 7.7 7.8 7.9 80

102030405060708090

100110120130140150160170180190200210220230240250260270280290300310320330340350360370380390400410420430440450460470480490500510

Chart Title

1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 4 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 5 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 6 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 6.9 7 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 7.7 7.8 7.9 80

102030405060708090

100110120130140150160170180190200210220230240250260270280290300310320330340350360370380390400410420430440450460470480490500510

Chart Title

CORRECCION DEL CALOR CON EL NUEVO cp

357000 Btu/hr

˂ 200 pie2 CORRECTO

CORRECTO

v= 2.58335223 pies/s

∆Pes= 0.82980525 psi

∆PA= 8.54488456 psi < 10 psia CORRECTO

Q= 5783388

1) BALANCE TERMICO Fluido Frio T2 104

T1 68

m= 1691.2716586 btu/h160649.66667

491222.8 MLTD= 253.413018 253.4

10468

387 154.8

Area estimada:

A = 91.287938385 pie291

2) CALCULO DE MLTD

𝐴= 𝑄/(𝑈𝑑 ∗ ∆𝑇)

L 20BTU/HR

Fluido Caliente t2 491t1 222.8

3) PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS LIQUIDOS

F.caliente (mezcla) F.FRIO Cp(Btu/lb.°F) 12.75 1µ(lb/pie.hr) 0.01002 0.6 Fig. 4 .. Primero ver pag. 27 y luego pag. 29k 0.0165 0.3552 Tabla 1.8 (pag. 22)

Densidad 50.17584 62,4r 0,001 0,0015

4) CARACTERÍSTICAS DE LOS TUBOS1 OD, 20 BWG (Tabla 1.1) pag. 9

di do de

1 0.93 1 1.25

5) DETERMINACIÓN DEL CURSO DE LOS FLUÍDOSMASA DE Agua destilada Se determina de acuerdo rMASA DE Agua cruda al coef. De obstruccion r

Por los tubos circula un fluido limpio y no hay incrustaciones. Pt = 15/16" Ver pag. 16 (manual del int. De calor)

Arreglo de los tubos: Triangular.

Nt = ? ver pag. 11 (Tabla 1.3)

Estimamos el num. De tubos (Nt):

Nt = 17.379679144

18

𝑁𝑡= 𝐴𝑑/(𝑎_𝑙𝑡∗𝐿)𝐴𝑑=𝑁𝑡 ∗𝐴𝑙𝑡 ∗𝐿

El Nt supuesto es 16, por lo tanto ubico en la Tabla 1.3 (pag. 11)y como no se encuentra el tubo Busco el inmediato superior.

NUMERO DE TUBOS EN EL CASCONº pasos 1 2

Nt 33 74Ds 8 12


* Ensayo para 4 pasos:at =

Fig. 4 .. Primero ver pag. 27 y luego pag. 29Tabla 1.8 (pag. 22)

Gt=

(Tabla 1.1) pag. 9V = 4.08

At Alt

0.67929 0.2618 la mejor veloc. Del H20 en los tubos esta entre 2 a 6 pies/seg

0.001 Lado del anillo (casco) * Ensayo para 1 pasos:0.0015 Lado del tubo interior

at =Por los tubos circula un fluido limpio y no hay incrustaciones.

𝑎_𝑡= (𝑁𝑡 ∗ 〖 ′𝑎〗 _𝑡)/(144 ∗𝑛)

𝑉= 𝐺𝑡/(3600∗𝜌)

𝑎_𝑡= (𝑁𝑡 ∗ 〖 ′𝑎〗 _𝑡)/(144 ∗𝑛)

Gt=Nre=

V = 4.5842 5

Como si cumple, el numero de tubos seleccionados es:Nt = 74

𝑉= 𝐺𝑡/(3600∗𝜌)

El Nt supuesto es 16, por lo tanto ubico en la Tabla 1.3 (pag. 11)y como no se encuentra el tubo Busco el inmediato superior.

NUMERO DE TUBOS EN EL CASCO4 8

288

En Fig. 25 (pag. 57) el Factor de correcion es:De acuerdo a veloc. En los tubos = 8, el coef.de transf. De calor es: 1500

hi = 12000.1745397917 0.175

ht = 11161116

9179987) CÁLCULO DE Hs

1/5 Ds DsEn Fig 25 (pag. 57) 2.4 12

e = 7.2 7.2

Ds =la mejor veloc. Del H20 en los tubos esta

Gs =

0.155670625 0.156Nre =

lb/h.pie2

˂ e ˂ ˂ e ˂

as =𝑎_𝑠= (𝐷𝑠 ∗𝑐 ∗𝑒)/(144 ∗𝑃𝑡) 𝐺𝑠= 𝑚_𝑠/𝑎_𝑠 𝑁𝑟𝑒= (𝐷𝑒 ∗𝐺𝑠)/𝑢

ℎ𝑡=ℎ𝑖 ∗ 𝑑𝑖/𝑑𝑜

1029806 hs =54965.52

En Fig 25 (pag. 57) 8) CALCULO DEL COEFICIENTE TOTAL LIMPIO

˃ 6 pies/seg. Si Cumple Uc= 90.93333333333


Ud= 75.46

10) CALCULO DEL AREA REQUERIDA

A= 316.0939694761316

A = 387.464 387

Entonces tenemos que el area requerida es: 316Y el area que tenemos disponible es de: 387

POR LO TANTO NO CUMPLE

lb/h.pie2

Ad ˂ A

ℎ𝑠= 𝐽_𝐻∗(𝑘/𝐷𝑒)∗((𝐶𝑝∗𝑢)/𝑘 )^(1/3)

𝐴=𝑁𝑡∗𝐿∗𝑎𝑙𝑡

El Nt supuesto es 107, por lo tanto ubico en la Tabla 1.3 (pág. 11) y

NUMERO DE TUBOS EN EL CASCONº pasos 1 2

Nt 69 58di = 0.652 Ds 10 10

0.98CÁLCULO DE LA PELÍCULA DEL TUBO INTERIOR

ºFBTU/lb.pie2.h * Ensayo con: 154 tubos y Ds = 15 1/4", n=4

BTU/lb.pie2.h

c = Pt - ODc = 15/16"-3/4"c = 0.1875

V = 10.673712

0.12 0.12 pie2 la mejor veloc. Del H20 en los tubos esta entre 2 a 6 pies/seg

13308.3671 13308.36 * Ensayo con: 166 tubos y Ds = 15 1/4", n=2

25154.917425155

como el Ad˂A, aumentamos el N° de tubos al inmediato superior

𝑎_𝑡= (𝑁𝑡 ∗ 〖 ′𝑎〗 _𝑡)/(144 ∗𝑛)

𝑎_𝑡= (𝑁𝑡 ∗ 〖 ′𝑎〗 _𝑡)/(144 ∗𝑛)

𝑉= 𝐺𝑡/(3600∗𝜌)

Fig. 28 (pag. 70)

99.3363149 de = 0.4599 JH = 85

V = 4.5

91Como si cumple, el numero de tubos seleccionados es:

Nt =

76

A.D (casco)T1 222.8T2 491

A.C (tubos) t1 68t2 104

pies Fig. 18 (pag. 50)

pies

piespies P = 0.23255814 R = -7.45

0.28 -7.45

Ft = 0.95

Btu/h.pie2.F

Btu/h.pie2.F

𝑃= (𝑡2−𝑡1)/(𝑇1−𝑡1)𝑅= (𝑇1−𝑇2)/(𝑡2−𝑡1)

𝑉= 𝐺𝑡/(3600∗𝜌)

El Nt supuesto es 107, por lo tanto ubico en la Tabla 1.3 (pág. 11) y

NUMERO DE TUBOS EN EL CASCO4 8

84 9410 15 1/4

CÁLCULO DE LA PELÍCULA DEL TUBO INTERIOR En Fig. 25 (pag. 57) el Factor de correcion es:De acuerdo a veloc. En los tubos = 6, el coef.

Nt = 58 de transf. De calor es:at = 0.1368014583 0.067 hi =

ht =

Gt= 2397756

En Fig 25 (pag. 57), solo la Ds = 15 1/4 = 15.25usamos cuando es H2O 1/5 Ds

211 No cumple Excede demasiado los 6 pies/seg. 6

la mejor veloc. Del H20 en los tubos esta Escogemos "e" dentro e =entre 2 a 6 pies/seg del rango de 3 a 15

Nt = 69

at = 0.325493125 0.16

˂A, aumentamos el N° de tubos al inmediato superior

lb/h.pie2

˂ e ˂ ˂ e ˂

𝑎_𝑠= (𝐷𝑠 ∗𝑐 ∗𝑒)/(144 ∗𝑃𝑡) 𝐺𝑠= 𝑚_𝑠/𝑎_𝑠 𝑁𝑟𝑒= (𝐷𝑒 ∗𝐺𝑠)/𝑢

𝑉= 𝐺𝑡/(3600∗𝜌)

ℎ𝑡=ℎ𝑖 ∗ 𝑑𝑖/𝑑𝑜

Gt= 1004060

Nre= 53591.38

En Fig 25 (pag. 57), solo lausamos cuando es H2O

5 pie/seg. ˃ 6 pies/seg. Si Cumple

8) CALCULO DEL COEFICIENTE TOTAL LIMPIOComo si cumple, el numero de tubos seleccionados es:

69


10) CALCULO DEL AREA REQUERIDA

A =

Entonces tenemos que el area requerida es:Y el area que tenemos disponible es de:

POR LO TANTO SI CUMPLE

lb/h.pie2

Ad ˃ A

𝑉= 𝐺𝑡/(3600∗𝜌) ℎ𝑠= 𝐽_𝐻∗(𝑘/𝐷𝑒)∗((𝐶𝑝∗𝑢)/𝑘 )^(1/3)

𝑁𝑟𝑒= (𝐷𝑒 ∗𝐺𝑠)/𝑢

𝐴=𝑁𝑡∗𝐿∗𝑎𝑙𝑡

di = 0.652En Fig. 25 (pag. 57) el Factor de correcion es: 0.98De acuerdo a veloc. En los tubos = 6, el coef. 13) CALCULO DE LA CAIDA DE PRESION EN LOS TUBOS

ºF1100 BTU/lb.pie2.h ΔPT = ΔPt + ΔPr

1364 BTU/lb.pie2.h Fanning se calcula en la Fig. 26 (pag. 58)

956 f = 0.000228

Ds = 15 1/4 = 15.25Ds c = Pt-OD

10 c = 15/16"-3/4"c = 0.1875

6Ds = 15.25 ΔPT=

0.12708333 pie214) CALCULO DE LA CAIDA DE PRESION EN EL CASCO

Gs = 1264128.52 1264129

∆Pt=

∆Pr=

as =𝑎_𝑠= (𝐷𝑠 ∗𝑐 ∗𝑒)/(144 ∗𝑃𝑡) 𝐺𝑠= 𝑚_𝑠/𝑎_𝑠

∆ Pr 〖 = (4∗𝑛∗𝑣^2)/(2∗𝑠∗𝑔′)〗

∆𝑃𝑠= (𝐹∗〖𝐺𝑠〗 ^2∗𝐷𝑠∗(𝑁+1))/(5.22∗〖 10〗 ^10∗𝐷𝑒∗𝑠∗∅𝑠)

Nre = 2389404.9 Fanning se calcula en la Fig. 29 (pag. 61)

2389405 Fig. 28 (pag. 60) f = 0.0019de = 0.55

hs = 70.757204 JH = 74 071


Uc= 66.0915287 66


Ud= 56.7 57

A.D (casco) T1 9310) CALCULO DEL AREA REQUERIDA T2 85

A.C (tubos) t1 75A= 402.504137 t2 80

403 piesFig. 18 (pag. 50)

361.284 361 pies

Entonces tenemos que el area requerida es: piesY el area que tenemos disponible es de: pies P = 0.27777778 R = 1.6

POR LO TANTO SI CUMPLE 0.28 1.6

Ft = 0.95

∆Ps=

Btu/h.pie2.F

Btu/h.pie2.F

El Ud esta dentro del rango de 250 a 500

Ad ˃ A

∆𝑃𝑠= (𝐹∗〖𝐺𝑠〗 ^2∗𝐷𝑠∗(𝑁+1))/(5.22∗〖 10〗 ^10∗𝐷𝑒∗𝑠∗∅𝑠)

𝑃= (𝑡2−𝑡1)/(𝑇1−𝑡1)𝑅= (𝑇1−𝑇2)/(𝑡2−𝑡1)

13) CALCULO DE LA CAIDA DE PRESION EN LOS TUBOS

Fanning se calcula en la Fig. 26 (pag. 58)

0.00023

#VALUE! 4.94 psi

3.10848617 4.52 pies

9.46 9.5 pies

14) CALCULO DE LA CAIDA DE PRESION EN EL CASCO

∆𝑃𝑠= (𝐹∗〖𝐺𝑠〗 ^2∗𝐷𝑠∗(𝑁+1))/(5.22∗〖 10〗 ^10∗𝐷𝑒∗𝑠∗∅𝑠)

Fanning se calcula en la Fig. 29 (pag. 61)

N+1= 0

∆𝑃𝑠= (𝐹∗〖𝐺𝑠〗 ^2∗𝐷𝑠∗(𝑁+1))/(5.22∗〖 10〗 ^10∗𝐷𝑒∗𝑠∗∅𝑠)

Problema 3.-Se debe producir 20000 lb/h de vapor de butano a 285psig utilizando una alimentacion fria a 75ºF, el butano hervira isotermicamente a 235ºFutilizando como fuente de calentamiento vapor a 100psi. Se dispone de un int. De calor 1-2 de diametro 15 1/4 con 76 tubos de 1" de OD de16 BWG (diametro ext.) y 16 pies de largo y arreglo cuadrangular y los deflectores estan espaciados a 5". ¿Sera adecuado el intercambiador?A estas condiciones el butano es de 114ªAPI

Butano20000 lb/hr

285 psig

Butano a 114 ºAPI Recircula Butano5000 lb/hr 75

235 ºF 25000El 80% de la masa que se alimenta se evapora: 107

Alimentacion= 20000 lb/hrMasa evaporada= 25000 lb/hrMasa Recirculada= 5000 lb/hr

La Tº de entrada del butano es: 75 ºFLa Tº a la que hierve el butano es: 235 ºFPor lo tanto la Tº de alimentacion es: 107 ºF

1. Balance CaloricoPara calcular las entalpias me voy a la Fig. 9 (pag. 38)

Entalpias de calentamiento240

Calor de calentamiento (Qc): 160Entalpias de vaporizacion

Qc= 2000000 BTU/hr Hvapor (235ªFy285psig)=Hvapor (235ªFy300psia)=240

Calor de vaporizacion (Qv):

Qv= 2000000 BTU/hr

QT = 4000000 BTU/hr

337 337 Tabla 1.11 (pag.42)porque te dan Pº a 115

235

107

H235 =H107 =

Hliq. =

2. ΔT balanceado

hierve a 235 ªF

𝑄_𝐶=𝑚∗∆𝐻=𝑚∗(𝐻_235−𝐻_107)

𝑄_𝑉=𝑚∗(𝐻_(𝑉(235º𝐹 𝑌 285𝑝𝑠𝑖𝑔))=𝐻_(𝑉(235º𝐹 𝑦 300𝑝𝑠𝑖𝑎))

vapor

butano

𝑄_ = _ +𝑇 𝑄 𝐶 𝑄_𝑉

∆𝑇_(𝑏𝑎𝑙.)= _ /𝑄 𝑇(( _ /𝑄 𝐶 ∆〖〗𝑇𝐿 _ )+𝐶( _ /𝑄 𝑉 ∆〖〗𝑇𝐿 _ ) )𝑉

ΔTbal.= 123.660232 ºF124 ºF 230 102

ATLc= 157.420954 157ATLv= 102

3.- Curso de los fluidosPor el lado de los tubos: H2O(v)Por el lado del casco: Butano

4. Caracteristicas de los tubos15 1/4" OD 16 BWG. (Tabla 1.1) pag. 9

Nt = 76 tubosL = 16 piesPt = 1 1/4" = 1.25e = 5 pulg.

Arreglo: Cuadrangular

di de = OD At Alt

15 1/4" 0.87 1 0.59447 0.2618

vapor

butano

Se debe producir 20000 lb/h de vapor de butano a 285psig utilizando una alimentacion fria a 75ºF, el butano hervira isotermicamente a 235ºFutilizando como fuente de calentamiento vapor a 100psi. Se dispone de un int. De calor 1-2 de diametro 15 1/4 con 76 tubos de 1" de OD de16 BWG (diametro ext.) y 16 pies de largo y arreglo cuadrangular y los deflectores estan espaciados a 5". ¿Sera adecuado el intercambiador?

vapor de agua100 psi

ºFlb/hrºF

5. Calculo del htPara calcular las entalpias me voy a la Fig. 9 (pag. 38) Vapor por los tubos ht= 1500 BTU/hr.pie2.ºF

6. Calculo de hscalentamiento:

as= 0.10590278 0.11340

Gs= 236065.574 236066

De= 0.99 Fig.28 (pag.60)Nre= 67064.2045 67100

JH= 160 Fig. 28(pag.60)

hs= 290.909091 291Tabla 1.11 (pag.42)

porque te dan Pº a 115calculo de Uc de calentamiento: Ucc= 243.718593 244calculo del Acc de calentamiento:

hierve a 235 ªF

ℎ𝑠= 𝐽_𝐻∗(𝑘/𝐷𝑒)∗((𝐶𝑝∗𝑢)/𝑘 )^(1/3)


〖〗𝐴𝑐 _ = _ /𝑐 𝑄 𝑐(〖〗𝑈𝑐 _𝑐∗

∆〖〗𝑇𝐿 _ )𝑐

Acc = 52.208416 pie252 pie2

vaporizacion:as= 0.11

Gs= 188852.459 188853

De= 0.99 Fig.28 (pag.60)Nre= 585288.223 585288

JH= 500 Fig. 28(pag.60)

hs= 424.242424 424

calculo de Uc de vaporizacion: Ucv= 330.561331 331calculo del Acv de vaporizacion:

Acv = 59.2381968 pie259 pie2

Calculo del area limpia total balanceada:

Ac bal.= 111 pie2

ℎ𝑠= 𝐽_𝐻∗(𝑘/𝐷𝑒)∗((𝐶𝑝∗𝑢)/𝑘 )^(1/3)


〖〗𝐴𝑐 _ = _ /𝑐 𝑄 𝑐(〖〗𝑈𝑐 _𝑐∗

∆〖〗𝑇𝐿 _ )𝑐

〖〗𝐴𝑐 _𝑣= _𝑄 𝑣/(〖〗𝑈𝑐 _𝑣∗

∆〖〗𝑇𝐿 _𝑣 )

〖〗𝐴𝑐 _(𝑏𝑎𝑙.)=〖〗𝐴𝑐 _ +𝑐 〖𝐴𝑐〗 _𝑣

Ds = 15 1/4" = 15.25

c = Pt - ODc = 1 1/4" - 1"c = 0.25

Tº media 171viscosidad= 0.12 pag. 627 del libro de Donald Kern

y luego Fig. 6 (pag. 29)Fig.28 (pag.60)

En la tablita como ya esta en cp Ya nose multiplica por 2.42;Fig. 28(pag.60) entonces a 0.12cp es:

0.15 Fig.1 (pag. 24)

liquidos: aumenta T baja viscosidadvapores: aumenta T aumenta viscosidad

viscosidad= 0.011 En el hysysFig.28 (pag.60)

En la tablita como ya esta en cp Ya nose multiplica por 2.42;entonces a 0.011cp es:

Fig. 28(pag.60)0.07 Fig.1 (pag. 24)

∆𝑃𝑡=(𝑓∗〖〗𝐺𝑡 ^2∗𝐿∗𝑛)/(5.22𝑥〖 10〗 ^10∗𝐷𝑖∗𝑆∗∅_𝑡 )

7.- Calculo del Uc limpio balanceado:

Uc bal.= 290.243243 pie2290 pie2

8.- Calculo del Ud balanceado:

Ud = 101.440454 Ad = 318.3488 318101 pie2

Rd = 0.006452710.006

COMPROBAMOS el flujo masico:

𝑈_ = _ /𝑑 𝑄 𝑇( _𝐴 𝑑∗ ∆〖〗𝑇 _(𝑏

.) )𝑎𝑙

〖〗𝑈𝑐 _( .)=((𝑏𝑎𝑙 〖〗𝑈𝑐 _𝑐∗〖〗𝐴𝑐 _ )+(𝑐 〖〗𝑈𝑐 _𝑣∗〖𝐴𝑐〗 _ ))/𝑣 〖〗𝐴𝑐 _( .) 𝑏𝑎𝑙

𝐴_ = _𝑑 𝑁 𝑡∗𝐿∗_𝑎 𝑙𝑡

𝑅_ =(𝑑 〖〗𝑈𝑐 _(𝑏.)− _ )/(𝑎𝑙 𝑈 𝑑 〖𝑈𝑐〗 _( .) _ )𝑏𝑎𝑙 ∗𝑈 𝑑

Qv/Avdiseño < 12000 BTU/hr.pie211834.319527 < 12000

11834 < 12000 BTU/hr.pie2 SI CUMPLE (es adecuado)

para sacar el peso especifico nos vamosa la tabla 1.11 (pag.42)

a.- Calculo de la caida de presion en los tubos: b.- Calculo de la caida de presion en los cascos:

*) Calentamiento:

*) Vaporizacion:

9.- Caida de presion en los tubos (ΔP)

∆𝑃𝑠= ∆〖〗𝑃𝑠 _ +𝑐∆〖〗𝑃𝑠 _𝑣

∆𝑃𝑡=(𝑓∗〖〗𝐺𝑡 ^2∗𝐿∗𝑛)/(5.22𝑥〖 10〗 ^10∗𝐷𝑖∗𝑆∗∅_𝑡 )

Requerimos un area de 111 pie2, donde 59pie2 son para vaporizacion

Av diseño= 169.027027169 pie2

b.- Calculo de la caida de presion en los cascos:

*) Calentamiento:

*) Vaporizacion:

〖〗𝐴𝑐 _/ _ 𝑐 𝐴 𝑐

_ =∗𝐴 𝑑𝑆𝑚=(𝑆𝑐+𝑆𝑣)/2

∆𝑃𝑠𝑐= (𝐹∗〖𝐺𝑠𝑐〗 ^2∗𝐷𝑠∗(𝑁+1))/(5.22∗〖 10〗 ^10∗𝐷𝑒∗𝑠∗∅𝑠)

∆𝑃𝑠𝑣= (𝐹∗〖𝐺𝑠𝑣〗 ^2∗𝐷𝑠∗(𝑁+1))/(5.22∗〖 10〗 ^10∗𝐷𝑒∗𝑠∗∅𝑠)

Problema 4.- Del tope de una columna de destilacion le sale una mezcla de n-pentano e i-pentano a razon de 20000lb/h a 130ºF y 10psig que deben de utilizarsecompletamente a 125ºF y sub-enfriarse hasta 100ºF para facilitar su almacenamiento, para la operación se utilizara agua disponible a 80ºF para este

deflectores estan distanciados a 1pie. Complete el diseño de esta operación.

vaporest1=80ºF

condensacion

t2=101.6ºF 125ºFentra a esta Tº si trabaja

en contracorriente subenfriamineto

t3=104ºFel agua siempre sale a 40ºC 100ºFpor lo tanto en ºF es 104ºF condensado frio

Qf=calor de subenfriamiento

1. Balance Calorico Entalpias Fig.9 (pag. 38)

25

Rango de condensacion= 130ºF a 125ºF Hn-p.= H130ºF -853Qc = m*(H130-H125) Hi-p.= H130ºF -901.7

Qc = 260000025

Hn-p.= H125ºF -1005Hi-p.= H125ºF -903.9

Para hallar cp promedios de:Qf= 285000 n-pentano:

cp a 112.5ºF 0.575

i-pentanocp a 112.5ºF 0.58

QT = 2885000 BTU/h

2. Cantidad de agua necesaria

servicio se dispone de un intercambiador de calor de casco y tubos con 368 tubos de 3/4" de OD (diametro ext.), 16 BWG y 16 pies de largo, los

Pº y Tº a 10psig y 130ºF

Pº y Tº a 10psig y 125ºF

𝑄_𝑇=𝑄_𝐶+𝑄_𝑓

Qf = m*(Hliq.125ºF-Hliq.130ºF) = m* (𝑐𝑝) ̅E*∆T

120208.3333333 120208 120208 lb/h

Tº al final de la condensanción

Δtcond. = 21.62917609477 21.63t2 = 82.37 ºF

130 125

125 104 82.37

82.37

42.63 26 42.63

33.63253462027 33.63

ΔTbal. = 33.2206034271 33.2 ºF

4. Curso de los fluidosLado de los tubos: vapores

Lado del anillo (casco):

5. Caracteristicas de los tubos3/4" OD 16 BWG. (Tabla 1.1) pag. 9

Nt = 368 tubosL = 16 piesPt = 1" = 1e = 1 pie = 12 pulg.

Arreglo Cuadrangular = porque al usar agua blanda todavia sigue incrustando,entonces por precaucion usamos este arreglo: yaq el agua va por el casco

di At Alt

15 1/4" 0.62 0.30191 0.19635Para 368 tubos corresponde el Diametro de 23 1/4" (tenemos disponible)

Ds = 23 1/4" = 23.25

mH2O =

3. Calculo de ∆Tbal.

∆TLc =

condensado

𝑚_𝐻2𝑂=𝑄𝑇/(𝑐𝑝∗∆𝑇)

𝑄=𝑚∗𝑐𝑝∗∆𝑇〖∆ 〗𝑇 _(𝑐𝑜𝑛𝑑.)=𝑄𝑐/(𝑚∗𝑐𝑝)

〖∆ 〗𝑇 _(𝑏𝑎𝑙.)=𝑄𝑇/((𝑄𝑐/〖∆𝑇 〗𝐿 _𝑐 )+(𝑄𝑓/〖∆ 〗𝑇𝐿 _𝑓 ) )

c = Pt - ODc = 1" - 3/4"c = 0.25

6. Calculo de ht = hcPara condensacion en el casco

Go = 6.793478260877

Calculo de Hs:

as= 0.484375 0.48

Gs= 250433.333333 250433

De= 0.95Nre= 56445.6340196 56446

JH= 55 Fig. 28(pag.60)

hs= 446.301205458 446

Retomando a calcular tw:1eraº Iteraccion con hc = 600

hc = 600

tw = 113.7973231358 113.8

Calculo de tf:

uf = 0.181tf = 121.9 122 ºF 0.076

cpf = 0.58

Ahora calculamos el hc:densidad 0.63

df = 39.312hc = 417.6821840056 418

Tº= 125ºF = 584.67

kL = Kf =

𝐺𝑜=𝑤/(0.5∗𝑁𝑡∗𝐿) 𝐺𝑜=𝑤/(π∗𝑁𝑡∗𝐷𝑜)

ℎ𝑠= 𝐽_𝐻∗(𝑘/𝐷𝑒)∗((𝐶𝑝∗𝑢)/𝑘 )^(1/3)


𝑡_𝑓= ((𝑡_𝑣+𝑡_𝑤 ))/2

𝑡_𝑤=𝑡+(ℎ𝑐/(ℎ𝑐+ℎ𝑠))∗(𝑡_𝑣−𝑡)

ℎ𝑐=0.926𝑘_𝐿∗((𝑑𝑙(𝑑𝑙−𝑑𝑣)∗𝑔)/(𝑢𝑓∗𝐺𝑜) )^(1/3)

R = 10.7314Pº = 125

n = m/PM = 6678.2222222222

2daº Iteraccion con hc = 420hc = 420

tw = 110.4295612009 110.4 ºF

Calculo de tf:

uf = 0.181tf = 120.2 120 ºF 0.076

cpf = 0.58

Ahora calculamos el hc: densidad 0.63df = 39.312

hc = 418.4542415556 418 Por lo tanto verificamos Que el hc es 420 (el 418 esta mas prox.)

Calculo del "h de condensacion" hf:De= 0.95

Tubos de 1" Fig.28at = 0.771547777778 0.77

tf = 120.9ºFGt = 25974.025974026 25974 lb/hr.pie

L/D= 256Jh = 0.003

Nre = 3063.76421168 3064 JH = 9.192

hf = 19.79467788615 20 BTU/hr*pie2*ºF

Calculo de hs (agua de enfriamiento):hs = 446 BTU/hr*pie2*F

Calculo de coeficiente limpio de condensacion:

kL = Kf =

ℎ𝑐=0.926𝑘_𝐿∗((𝑑𝑙(𝑑𝑙−𝑑𝑣)∗𝑔)/(𝑢𝑓∗𝐺𝑜) )^(1/3)

𝑡_𝑤=𝑡+(ℎ𝑐/(ℎ𝑐+ℎ𝑠))∗(𝑡_𝑣−𝑡)

𝑡_𝑓= ((𝑡_𝑣+𝑡_𝑤 ))/2

𝑎_𝑡=(𝑁𝑡∗𝑎_𝑡)/(144∗𝑛)𝐺𝑡= 𝑚𝑡/𝑎𝑡

𝑁_𝑅𝑒=(𝐷𝑖∗𝐺𝑡)/µ

ℎ𝑓= 𝐽_𝐻∗(𝑘/𝐷𝑖)∗((𝐶𝑝∗𝑢)/𝑘 )^(1/3)

〖〗𝑈𝑐 _𝐶=(ℎ𝑠∗ℎ𝑐)/(ℎ𝑠+ℎ𝑐)

Ucc = 216.3048498845 216

Calculo de coeficiente limpio de enfriamiento:

Ucf = 19.14163090129 19.14

Calculo del Acc de calentamiento:

Acc = 357.9255735069 358

Calculo del Acf de enfriamiento:

Acf = 498.0027468783 498

Calculo del area limpia total balanceada:

Ac bal.= 856 pie2

Calculo del U total limpio:

Uc = 101.471635514 102

Calculo de Ud:Area de diseño:

A = Nt*L*alt A = 1156.1088

Ud = 75.17092591821 1156 pie

Caida de presion:

〖〗𝑈𝑐 _𝑓=(ℎ𝑠∗ℎ𝑓)/(ℎ𝑠+ℎ𝑓)

〖𝐴𝑐〗 _𝑐=𝑄_𝑐/(〖𝑈𝑐〗 _𝑐∗〖∆𝑇𝐿〗 _𝑐 )

〖𝐴𝑐〗 _𝑓=𝑄_𝑓/(〖𝑈𝑐〗 _𝑓∗〖∆𝑇𝐿〗 _𝑓 )

〖𝐴𝑐〗 _(𝑏𝑎𝑙.)=〖𝐴𝑐〗 _𝑐+〖𝐴𝑐〗 _𝑣𝑈𝑐=(∑▒〖𝑈 _𝑐∗𝐴𝑐〗 )/𝐴𝑐

𝑈𝑑=𝑄𝑡/((𝐴𝑐/(∆𝑇𝑏𝑎𝑙.)) )

Del tope de una columna de destilacion le sale una mezcla de n-pentano e i-pentano a razon de 20000lb/h a 130ºF y 10psig que deben de utilizarsecompletamente a 125ºF y sub-enfriarse hasta 100ºF para facilitar su almacenamiento, para la operación se utilizara agua disponible a 80ºF para este

deflectores estan distanciados a 1pie. Complete el diseño de esta operación.

masa de pentano = 20000 lb/h

Mezcla: n-pentano= 80%i-pentano= 20%

cp H2O = 1T1 = 125 ºFT2 = 100 ºFt1 = 80 ºFt2 = 101.6 ºFt3 = 104 ºF

Fig.9 (pag. 38) pag.917 del libro de Donald kernusamos Pº y Tº

psiaSi usamos el libro nos da:

*0.8 = -682.4 -862.74 H130ºF*0.2 = -180.34

psia 122.04 122 BTU/lb con hysys

*0.8 = -804 -984.78 H125ºF*0.2 = -180.78

Tºmedia= 112.5

0.5775 0.57 Fig.8 (pag.32)

de un intercambiador de calor de casco y tubos con 368 tubos de 3/4" de OD (diametro ext.), 16 BWG y 16 pies de largo, los

100

80

20

29.9011943 29.9

porque al usar agua blanda todavia sigue incrustando,entonces por precaucion usamos este arreglo: yaq el agua va por el casco

si me hubiera dicho ES ADECUADO EL INTERCAMBIADOR Entonces trabajamos con lo q nos danpero como nos piden COMPLETE EL DISEÑO entonces puedo dar lo que mejor me parezca

(tenemos disponible)

∆TLf =

agua

≤ 2100 la viscosidad seria:

#DIV/0! ≤ 2100

Fig. 28 (pag.60)De = 0.95

Tº media = 92viscosidad = 0.85 Fig 4 (pag.29)

conductividad del agua = 0.359 Tabla 1.9 (pag.22)

Fig. 5 (pag. 28 y luego pag. 29)Tabla1.9 (pag.22)

Fig. 8 (pag.32)

125ºF 306.48ºktabla1.10 (pag.34) 10psig 25psia 6.13

39.325psia*18lb/306.48*6.132440

ºR 0.2394291739

µf =

(4∗𝐺𝑜)/µ_𝑓

P*V=n*R*Tpsia V = 335210.834lb dv = 0.28

Fig. 5 (pag. 28 y luego pag. 29)Tabla1.9 (pag.22)

Fig. 8 (pag.32)

tabla1.10 (pag.34)39.3

Por lo tanto verificamos Que el hc es 420 (el 418 esta mas prox.)

kf = 0.076uf = 0.181cpf = 0.58

9

psia pie3 lbmol-1 ºR-1

260 H130ºF

130 BTU/lb Fig. 10 (pag.39)

130 H125ºF

si me hubiera dicho ES ADECUADO EL INTERCAMBIADOR Entonces trabajamos con lo q nos danpero como nos piden COMPLETE EL DISEÑO entonces puedo dar lo que mejor me parezca

lbpiek-1/k-1grmol-1

25psia*18lb/306.48*6.132440 Tª= 130ºF 589.67ºRPº= 125psia

Problema 4.- Se quiere precalentar leche cruda con una corriente de agua caliente que ingresa a 205ºF y puede enfriarse hasta 176ºFLa leche fria ingresa a 147ºF y debe calentarse hasta 167ºF. La leche cruda circula a razon de 9800lb/hr. Las propiedadesfisicas de los fluidos se alcanzan en la tabla adjunta.Utilice placas alfa laval P2 y diseñe el intercambiador adecuado para esta operación, y dibuje el arreglo de las placas.

1. Balance TermicoMasa del H2O:

m = 6217.9310345Q = 180320 6218

2. Propiedades Fisicas

Tº media agua (190.5) leche(157)cp 1 0.92u 0.325 0.33 Para calcular "r"k 0.405 0.719 tabla 1.9 Promedio de 0.0002r 0.0015 0.0008 tabla 1.16 0.00033densidad 60.3 62.08 0.000265 *

205

176 167

147 MLTD = 33.297528656

29 38

4. Configuracion de Placas

L = ancho 320mm 1.0496 pieAp = area/placa 0.12m2 1.292 pie2nº max. De placas 250

TABLA 1.23 area de intercambio max. 30m2 322.92 pie2espesor de placas 0.6mm 0.00197 pieb = espacio entre placas 3mm 0.00984 pieflujo por canal 0.45-0.7 m3/hrflujo total max. 50 m3/hr

5. Calculo de HTU:

Fluido Caliente:

3. Calculo de ∆TL

agua caliente

leche fria

𝐻𝑇𝑈= ((𝑇1−𝑇2))/∆𝑇𝐿

0.8709355069 0.87

Fluido Frio:

0.6006451772 0.6

HTU total = 1.47

6. Estimar el valor de Ud:TABLA 1.28 (LIQ. ORGANICOS DE BAJA VICOSIDAD)

Convertir600 W/m2*K 0.1761 105.66 BTU/hr.pie2

6.1. Calculo del area total de transf. De calorcomo es estimado el "ft" nose toma en cuenta

A= 51.25323601851.3

6.2. estimamos el numero total de placas termicas y canales

Np = 39.70588235340 num. De placas

Np = Nc+1 =Nc = 39 num. De canales

6.3. determinar el numero de canales por pasoNpc=num. De canales por paso

Ncp = 7.77391304358

Tabla 1.23 0.575 flujo por canal (el promedio)

6.4. nº de pasos estimados:

Npasos = 2.4375 3

𝐻𝑇𝑈= ((𝑡1−𝑡2))/∆𝑇𝐿

𝐴=𝑄/(𝑈𝑑∗∆𝑇𝐿∗𝑓𝑡)

𝑁𝑝=𝐴/𝐴𝑝

𝑁𝑐𝑝=𝑉/𝑣

𝑁𝑝𝑎𝑠𝑜𝑠= 𝑁𝑐/(2∗𝑁𝑐𝑝)

Unidad supuesta Int. De calor de placas P2 con 3 pasos y 8 canales por paso

6.5. determinar nº de canales por fluido:

Ncc = 19.5 20

Ncf = 20.5 2141

Por lo tanto: Np = 42 (se le da uno mas)

6.6 Calculo del coef. De pelicula Fluido frioPrimero calculamos: b: ancho de la placa

De = 2*bAf = w*b De = 0.01968

Af = 0.010328064 0.0103

Nre = 1116.5170116 1117FLUJO TURBULENTO NPr= 1.021852573

1.02

hf = 894.39152792894

6.7. Calculo de coef. De pelicula de Fluido caliente.Primero calculamos:

b: ancho de la placaAc = w*b De = 2*b

Ac = 0.010328064 0.0103 De = 0.01968

Nre = 755.28326925 755FLUJO TURBULENTO NPr= 1.9419753086

1.94

〖〗𝑁𝑐 _𝑐= 𝑁𝑐/2

〖〗𝑁𝑐 _𝑓= 𝑁𝑐/2+1

𝑁_𝑅𝑒=((𝐺𝑓∗𝐷𝑒))/𝜇=(((𝑊𝑐/(𝐴_𝑓∗〖〗𝑁𝑐 _𝑓 )))/𝜇)∗𝐷𝑒𝑁_𝑃𝑟=(𝑐𝑝∗𝜇)/𝑘

ℎ_𝑓=0.2536∗𝑘/𝐷𝑒∗(𝑁_𝑅𝑒 )^0.65∗(𝑁_𝑃𝑟 )^0.4

𝑁_𝑅𝑒=((𝐺𝑐∗𝐷𝑒))/𝜇=(((𝑊𝑐/(𝐴_𝑐∗〖〗𝑁𝑐 _𝑐 )))/𝜇)∗𝐷𝑒𝑁_𝑃𝑟=(𝑐𝑝∗𝜇)/𝑘

ℎ_𝑐=0.2536∗𝑘/𝐷𝑒∗(𝑁_𝑅𝑒 )^0.65∗(𝑁_𝑃𝑟 )^0.4

hc = 505.08606743505 BTU/hr*pie2*ºF

6.8. Calculo de Uc

Uc = 322.70907791323

6.9. Calculo del Ud de diseño

Ud = 185.32331172185 frente a los 106 BTU/hr*pie2*ºF que habiamos tomado en la tabla

6.10. Calculo de area total necesaria

Pag. 56 del manual HTU vs FtA = 29.869922326 Ft = 0.98 nº de pasos

30 pie2Area disponible: el area disponible es muy alta con respecto al area requerida POR LO TANBTO hacemos un ajuste

Np*Ap 54.264 REAJUSTE54 pie2 6.39

por lo tanto V/v = 7

Npasos = 2.78571428573

Unidad supuesta: Np= 41 se le resta uno, porque hay uno que se duplica

Hay 41 placas termicasEntonces tengo

Np = Nc+1Nc= 40

Ahora determinamos numero de canales para fluido frio y fluido calienteNcc = 20Ncf = 21 41 canalesNc totales = 41 42 placas

Calculo de coef. De pelicula hf:Fluido Frio

Wf = 9800 lb/hr

Adisponible>Arequerida

𝑈𝑐=(ℎ𝑓+ℎ𝑐)/(ℎ𝑓+ℎ𝑐)

𝑈𝑑= 1/𝑈𝑐+𝑅𝑑



𝐺𝑓= 𝑊𝑓/(𝐴_𝑓∗〖〗𝑁𝑐 _𝑓 )

Af=W*b Af = 0.0103 pie245307.443365696 45307 Ncf = 21

Flujo Turbulento De=2*b De = 0.01968NPr = 1.02

1116.5060856499 1117

hf = 894.39152792 894

Fluido CalienteWc = 6218 lb/hr

Ac=W*b Ac = 0.0103 pie230184.466019417 30185 Ncc = 20


755.29663064209 755

hc = 505.08606743 505 BTU/lb*pie2*ºF

Calculamos Uc A=

Uc = 322.74422196 323

Calculamos Ud

Ud = 185.32331172 185 NO CUMPLE frente a los 106 BTU/hr*pie2*ºF que habiamos tomado en la tabla

Calculo del Area RequeridaPag. 56 del manual HTU vs FtFt = 0.98 nº de pasos

A = 29.869922326 30 pie2

Rectificar (modificar el Ud)U= 250-500 BTU/hr*pie2*ºF

250 (estimado)

𝑁_𝑅𝑒=((𝐺𝑓∗𝐷𝑒))/𝜇

ℎ_𝑓=0.2536∗𝑘/𝐷𝑒∗(𝑁_𝑅𝑒 )^0.65∗(𝑁_𝑃𝑟 )^0.4

𝐺𝑐= 𝑊𝑐/(𝐴_𝑐∗〖〗𝑁𝑐 _𝑐 )

𝑁_𝑅𝑒=((𝐺𝑐∗𝐷𝑒))/𝜇

ℎ_𝑐=0.2536∗𝑘/𝐷𝑒∗(𝑁_𝑅𝑒 )^0.65∗(𝑁_𝑃𝑟 )^0.4




ESTIMAMOS

A req. = 22.103742521 22 pie2

Area disponible: Ad= Np*Ap 21.964 22 pie2

Np=A/Ap 17.027863777Np = 17

Np=Nc+1Nc = 16

Ncp=V/v 7.7739130435Ncp = 8

Areas: 4.06%Tabla 1.23 0.575

Npasos = 1

Caculo de las Caidas de Presión



Se quiere precalentar leche cruda con una corriente de agua caliente que ingresa a 205ºF y puede enfriarse hasta 176ºFLa leche fria ingresa a 147ºF y debe calentarse hasta 167ºF. La leche cruda circula a razon de 9800lb/hr. Las propiedades

Utilice placas alfa laval P2 y diseñe el intercambiador adecuado para esta operación, y dibuje el arreglo de las placas.

Masa de la leche cruda: 9800 lb/hr

a Tºmediacp leche 0.92 BTU/lb*ºhrviscosidad 0.33 cp

conductividad 0.719 BTU/hr*pie2r 0.0008 (BTU/hr*pie2*ºF)-1densidad 62.08 lb/pie3

1 W/m2*ºc = 0.17612 Btu/hr.ft2*ºF(1 W/m2*ºc)-1 = 5.678 Btu/hr.ft2*ºF

5.678 0.00150467 0.0015

Para sacar la Tº del agua a 88.06ºC = 190.5ºFDensidad = 966.3698 * 62.4 = 60301.4755 / 1000 =

33.3

Convertir1m2 = 10.76391pie2

CONVERTIR9800 lb/h 1pi3 = 0.0283168m362.04 pie3/hr

Qleche = 157.962605 pie3/hr 4.47299549 m3/hr4.47 m3/hr

flujo por canal (el promedio)6218 lb/h60.3 pie3/hr

Qagua = 103.117745 pie3/hr 2.91996455 m3/hr2.92 m3/hr

Se usa el mayor canal de los hallados

el area disponible es muy alta con respecto al area requerida POR LO TANBTO hacemos un ajuste

30 pie2 REQUERIDA

frente a los 106 BTU/hr*pie2*ºF que habiamos tomado en la tabla

60.3014755 60.3

q=-729964.8

1. Balance TermicoMasa del H2O:

m = 0Q = 4507257.75 mezcla

2. Propiedades Fisicas

Tº mediam lbTºentrada,ºF 158 292.65 ºfTºsalida.ºF 104 292.65 ºfcp 0.89 1.026 BTU.lb.ºFu 0.3853 0.18 cpk 0.1317 0.3971r 0.0011356 0.00005densidad 48.59 57.51 lb/pie3

292.65 292.65

158104 MLTD = 160.135402 160.1

188.65 134.65

4. Configuracion de Placas

L = ancho 350 1.1482937 pieAp = area/placa 0.14 1.506946 pie2 Convertirnº max. De placas 200 1m2 = 10.76391pie2

TABLA 1.23 area de intercambio max. 28 301.3892 pie2espesor de placas 0.8 0.0026247 pieb = espacio entre placas 2.8-3.0 0.0095144 pieflujo por canal 0.36-0.09 m3/hrflujo total max. 16 m3/hr

5. Calculo de HTU:

F.Frio (mezcla)

F. Caliente (agua)

3. Calculo de ∆TL

melaza caliente

agua fria

Fluido Calient

0.33721463

Fluido Frio:

0

HTU total = 0.33721463 0.338

6. Estimar el valor de Ud:

150-700 TABLA QUE VA AENVIAR EL PROFE135 BTU/hr.pie2

6.1. Calculo del area total de transf. Decomo es estimado el "ft" nose toma en cuenta

A= 208.4929121


Np = 80.29484881 num. De placas


6.3. determinar el numero de canales por pasoNpc=num. De canales por paso

Ncp = 53.333333354

Tabla 1.23 0.6 flujo por canal (el promedio)

6.4. nº de pasos estimados

Npasos = 0.74074074 1

𝐻𝑇𝑈= ((𝑇1−𝑇2))/∆𝑇𝐿

𝐻𝑇𝑈= ((𝑡1−𝑡2))/∆𝑇𝐿



𝑁𝑐𝑝=𝑉/𝑣


Unidad supues Int. De calor de placas P4 con 3pasos y 6 canales por paso NP= 107Nc= 106

6.5. determinar nº de canales por fluido:

Ncc = 53 53

Ncf = 54 54107

Por lo tanto: Np = 108 (se le da uno mas)

6.6 Calculo del coef. De pelicula Fluido Primero calculamos: b: ancho de la placa

De = 2*bAf = w*b De = 0.0190288 G=wf/af*Ncf

Af = 0.01092533 0.010925 G=

Nre = 3244.12445FLUJO NPr= 6.30113242

6.3

hf = 204.645278166.3

6.7. Calculo de coef. De pelicula de Fluido caliente.Primero calculamos:

b: ancho de la placaAc = w*b De = 2*b

Ac = 0.01092533 0.010925 De = 0.0190288 G=wc/ac*NccG=

Nre = 214.970857 215FLUJO LAMINAR NPr= 6.30113242

6.3

hc = 6.8937857834.1

6.8. Calculo de Uc

〖𝑁𝑐〗 _𝑐= 𝑁𝑐/2

〖𝑁𝑐〗 _𝑓= 𝑁𝑐/2+1

𝑁_𝑅𝑒=((𝐺𝑓∗𝐷𝑒))/𝜇=(((𝑊𝑐/(𝐴_𝑓∗〖𝑁𝑐〗 _𝑓 )))/𝜇)∗𝐷𝑒𝑁_𝑃𝑟=(𝑐𝑝∗𝜇)/𝑘

ℎ_𝑓=0.742∗𝑐𝑝∗𝐺∗(𝑁_𝑅𝑒 )^(−0.62)∗(𝑁_𝑃𝑟 )^█(−0.667@)

𝑁_𝑅𝑒=((𝐺𝑐∗𝐷𝑒))/𝜇=(((𝑊𝑐/(𝐴_𝑐∗〖𝑁𝑐〗 _𝑐 )))/𝜇)∗𝐷𝑒𝑁_𝑃𝑟=(𝑐𝑝∗𝜇)/𝑘

ℎ_𝑐=0.742∗𝑐𝑝∗𝐺∗(𝑁_𝑅𝑒 )^(−0.62)∗(𝑁_𝑃𝑟 )^█(−0.667@)

Uc = 28.297554928.29

6.9. Calculo del Ud de dis

Ud = 27.371928427.37frente a los 106 BTU/hr*pie2*ºF que habiamos tomado en la tabla

6.10. Calculo de area total necesaria

Pag. 56 del manual HTU vs FtA = 1049.35918 Ft = 0.98 nº de pasos

256 pie2Area disponible: el area disponible es muy alta con respecto al area requerida POR LO TANBTO hacemos un ajuste

Np*Ap 162.750168 REAJUSTE163 pie2 si cumple 4.65

Npasos = 83

Unidad supuesta: Np= 22 se le resta uno, porque hay uno que se duplica

Hay 22 placas termicasEntonces tengo

Np = Nc+1Nc= 21

Ahora determinamos numero de canales para fluido frio y fluido calienteNcc = 11Ncf = 12 23 canales Int. De calor de placas P4 con 2 pasos y 6 canales por pasoNc totales = 23 24 placas

Calculo de coef. De peliculFluido Frio

Wf = 0 lb/hrAf=W*b Af = 0.010925 pie2

0 68688.3 Ncf = 12Flujo Turbulento De=2*b De = 0.0190288

NPr = 6.3

1360.12529 1420

Adisponible>Arequerida





𝐺𝑓= 𝑊𝑓/(𝐴_𝑓∗〖𝑁𝑐〗 _𝑓 )

𝑁_𝑅𝑒=((𝐺𝑓∗𝐷𝑒))/𝜇

hf = 0.15575123 0.947

Fluido CalienteWc = 0 lb/hr

Ac=W*b Ac = 0.010925 pie20 40891 Ncc = 11


2441.39467 782

hc = 2.40040123 0.553 BTU/lb*pie2*ºF

Calculamos Uc A= 30

Uc = 0.67908799 0.35

Calculamos Ud

Ud = 0.00917792 0.00723 NO CUMPLE frente a los 106 BTU/hr*pie2*ºF que habiamos tomado en la tabla

Calculo del Area RequeridaPag. 56 del manual HTU vs FtFt = 0.86 nº de pasos

A = 4526768.56 30 pie20

Rectificar (modificar el Ud)U= 250-500 BTU/hr*pie2*ºF

250 (estimado)

ESTIMAMOS

A req. = #VALUE! 22 pie2

Area disponibAd= Np*Ap 25.618082 22 pie2

Np=A/Ap 14.5990633Np = 17

ℎ_𝑓=0.2536∗𝑘/𝐷𝑒∗(𝑁_𝑅𝑒 )^0.65∗(𝑁_𝑃𝑟 )^0.4

𝐺𝑐= 𝑊𝑐/(𝐴_𝑐∗〖𝑁𝑐〗 _𝑐 )

𝑁_𝑅𝑒=((𝐺𝑐∗𝐷𝑒))/𝜇

ℎ_𝑐=0.2536∗𝑘/𝐷𝑒∗(𝑁_𝑅𝑒 )^0.65∗(𝑁_𝑃𝑟 )^0.4





Np=Nc+1Nc = 16

Ncp=V/v 53.3333333Ncp = 8

Areas: 4.06%Tabla 1.23 0.575

Npasos = 1

Caculo de las Caidas de Pr


Mezcla T2 491 °F 93,784T1 222.8 206758.3043481

Agua t2 292.724t1 292.724

Convertir1m2 = 10.76391pie2

*0.00328

CONVERTIR93,784 lb/h 1pi3 = 0.0283168m348.59 pie3/hr

Qmezcla= 1930.10852 pie3/hr 54.6544971 m3/hr32 m3/hr

0 lb/h57.51 pie3/hr

Qagua = 0 pie3/hr 0 m3/hr9.3 m3/hr

Se usa el mayor canal de los hallados

G=wf/af*Ncf158964.621

G=wc/ac*Ncc4921.0305

4921

el area disponible es muy alta con respecto al area requerida POR LO TANBTO hacemos un ajuste

Tabla 1.23 2 flujo por canal (el promedio)

6. Estimar el valor de Ud:TABLA 1.28 (LIQ. ORGANICOS DE BAJA VICOSIDAD)

Convertir720 W/m2*K 0.1761 126.792 BTU/hr.pie2

A= 226.520291226


Np = 149.97219528 num. De placas


por lo tantoV/v = Ncp= 5

Npasos = 2.1 2Ncc = 13.5 14Ncf = 14.5 15

29Np = 30



pie2 REQUERIDA

frente a los 106 BTU/hr*pie2*ºF que habiamos tomado en la tabla

KJ/HR CONVERTIR BTU/HR 1KJ=0.947817

2.204623

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