seminarios 2da parte

Download Seminarios 2da Parte

Post on 05-Nov-2015

219 views

Category:

Documents

0 download

Embed Size (px)

DESCRIPTION

seminarios_2da_parte_.doc

TRANSCRIPT

INTERCAMBIADORES DE CALOR. Parte II

SEMINARIO NO 11INTERCAMBIADORES DE CALOR I

1. Realice los grficos T vs. x, cualitativamente para intercambiadores de doble tubo con flujo en contracorriente y paralelo. Analice los posibles cruces de temperaturas para los fluidos.

2. Un fluido caliente se enfra de 110 a 100oC, su calor especfico es similar al del agua. Se usarn 0.3 Kg/s de agua de enfriamiento. El intercambiador utilizado es un equipo doble tubo, siendo su dimetro interior = 0.025 m. El coeficiente de transferencia de calor global referido al rea interna se estima en 1600 J/m2sK.

Compare las ventajas de flujo a contracorriente sobre flujo en paralelo mediante el valor de MLDT cuando el fluido fro modifica su temperatura de:

60 a 90C

50 a 90oC

10 a 60oC

Calcule en cada caso el rea requerida y la longitud de equipo necesaria. Saque conclusiones a partir de los valores calculados.

3. Se usa CO2 a 426 oC para calentar 45 400 Kg/h de etilenglicol de 38 a 150 oC, mientras la temperatura del gas desciende 220oC. El coeficiente de transferencia de calor total es 56.78 W/m2 oC. Calcular el rea necesaria del intercambiador para:

flujo en paralelo,

flujo en contracorriente,

flujo de gas mezclado transversal

4. En un intercambiador de tubo y coraza con un tubo interior de 2 de dimetro externo se condensa vapor a 104 oC. Dentro del tubo fluye agua con un caudal de 13260 kg/h. El coeficiente total de transferencia de calor basado en la superficie exterior tubo es de 852 W/m2 oC. Determinar la longitud del intercambiador para aumentar la temperatura del agua de 21 a 65 oC.

5. Agua fluyendo a razn de 45400 Kg/h se enfra de 95 a 60 oC por medio de un flujo igual de agua fra que entra a 35 oC. La velocidad del agua es tal que el coeficiente total de transferencia de calor es de 2270 Kcal/ h m2 oC. Determinar la superficie del intercambiador de calor para:

flujo en paralelo,

flujo en contracorriente

6. Rehacer el problema 5, sabiendo que el agua de enfriamiento es agua de mar que fluye a una velocidad de 4 ft/s. Realizar todas las suposiciones necesarias para resolver este problema.

7. Para un equipo de transferencia de calor con tubos concntricos que tiene un tubo interior de 1 IPS Sh 40 se ha calculado el coeficiente de pelcula interior (hi) en 10 BTU/ h ft2 oF. Mediante clculos apropiados se obtuvo el coeficiente de pelcula exterior (he) para tres fluidos diferentes, obtenindose 1, 10 y 100 BTU/ h ft2 oF en cada caso. Despreciando la resistencia del tubo evale la sensibilidad del coeficiente total de transferencia de calor con los cambios en he.

8. Un aceite (Cp=2.09 KJ/Kg C) entra en un enfriador de aceite a 82 C con un caudal de 9060 Kg/h. El enfriador es un intercambiador en contracorriente con agua como refrigerante. El rea de transferencia es de 28 m2 y el coeficiente total de transferencia es de 567 W/m2 oC. El agua entra al intercambiador a 27 C. Determinar el caudal de agua necesario si el aceite sale del intercambiador a 38 C .

9. Se desean enfriar 3000 Kg/h de un solvente desde 40 a 30 oC. Como fluido fro se usar corriente de etilenglicol a 5 oC que, por condiciones de proceso, no puede salir a ms de 25 oC. Se trabajar con un intercambiador de doble tubo, con una longitud mxima de 6 m. Para este proceso se prev una resistencia de ensuciamiento combinada es Rf = 5 10-4 m2 K s/ J.

a) Seleccione el dimetro de los tubos a utilizar. Explique el criterio utilizado.

b) Calcule el nmero de tubos necesarios y las prdidas de carga en ambos lados del equipo.

Propiedades del SolventePropiedades del etilnglicol

Densidad =

Calor especfico =

Viscosidad =790 Kg/m3

1922 J/Kg K

0.95 10-3 Kg/m sDensidad =

Calor especfico =

Conductividad =1010 Kg/m3

2340 J/Kg K

0.264 J/s m K

Conductividad trmica =0.187 J/s m KTemperatura (C)Viscosidad (Kg/m s)

10

20

30

400.028

0.020

0.014

0.012

10. Se enfra agua que fluye a razn de 100000 lb/h desde 200F a 150F utilizando agua fra que entra a 100F y sale a 140F. La velocidad del agua es tal que el coeficiente global de transferencia de calor es de 400 BTU/h ft2 F. La cada de presin permitida para el fluido caliente es de 5 psi. Se desea evaluar la factibilidad de uso de los siguientes arreglos:

a) Intercambiador de doble tubo con flujo en paralelo con el fluido fro circulando en el nulo. Se poseen horquillas de 20 pies de longitud y los tubos son de 4 y 3 IPS.

b) dem a), para flujo en contracorriente.

c) Intercambiador 1-2 con tubos de 3/4 18 BWG, arreglo triangular, paso 15/16 y 12 pies de longitud. El fluido caliente pasar por los tubos.

En cada caso indique si el arreglo es utilizable o no, justificando su respuesta. Cuando el arreglo sirva para el proceso, especifique adems la cantidad de horquillas o tubos necesarios.

SEMINARIO NO 12INTERCAMBIADORES DE CALOR II

1. Deben enfriarse 20000 kg/h alcohol etlico a 80 C en un intercambiador de calor que opera a presin atmosfrica. Para este proceso, se utilizarn 30800 kg/h agua de mar (no tratada), disponibles a 20 C. La resistencia de ensuciamiento del agua de mar se estima en 5.16 10-4 m2 C / W. El alcohol no contiene impurezas que se depositen en el equipo.

Las cadas de presin permitidas para ambas corrientes son de 67 kPa.

Se utilizar un equipo 2:6 de 18 ft de longitud, con 368 tubos BWG 14 de 1 arreglados en cuadro con Pt = 1 1/4. El dimetro interno de la coraza es de 31 y posee 22 deflectores segmentados en un 25%.

Adopte las propiedades de la tabla inferior para los fluidos. Puede considerarlas constantes en el intervalo de temperaturas de trabajo.

Cp (KJ/Kg K)m (kg/m s)r (Kg/m3)k (W/m K)Pr

alcohol2.937 10-47800.1513.67

agua4.1877.64 10-410000.625.15

a) Indique por que lado circular cada corriente. Justifique brevemente su respuesta.

b) Calcule las temperaturas de salida de ambas corrientes utilizando el mtodo de las unidades de transferencia y eficiencia (NTU, e).

c) Calcule la prdida de carga de ambas corrientes cumplen con la restriccin? En caso contrario, indique que hara para que el proceso se vuelva factible.

d) Explique:

d1) Por qu le parece que se usa un equipo con dos pasos por la coraza? Responda usando el criterio del factor de correccin del DT medio logartmico (Ft).

d2) En la siguiente tabla indique que sucede con las variables al modificar el parmetro indicado (aumenta, disminuye o no vara). Justifique sus respuestas.

T salida alcoholT salida aguaDP corazaDP tubosU

( NB (n baffles)

( n pasos en tubos

(( Rf

2. Se deben enfriar 14500 Kg/h de una mezcla gaseosa inerte (Cp = 950 J/kg C, m = 0.024cp, r = 0,348 g /l, k = 0.0321 W/m C) a 0.34 atm baromtricas desde 150 oC a 65 oC usando 32600 Kg/h de agua a 18 oC. La cada de presin permitida en el gas es 14 KPa y para el agua 69 KPa, la resistencia de ensuciamiento del lado del gas es de 0.0004 K m2/W.

Se propone el siguiente equipo para llevar a cabo la operacin

Intercambiador 1-4 con las siguientes caractersticas:

Ds = 15.25 No Tubos = 116

D Tubos = 3/4 - 16 BWG

L Tubos = 8.5 mDist. Tubos = cuadro - 1

a) Explique porque se seleccion un equipo sin deflectores para realizar este proceso.

b) Determine si el equipo cumple con las especificaciones del proceso. En caso de no hacerlo, sugiera modificaciones en el arreglo que permitan su utilizacin.

3.Un intercambiador de calor tiene 300 tubos de 3/4 BWG 16, de 2 m de longitud dispuestos en dos pasos. Se lo utilizar para calentar 58 kg/s de un aceite cuyas propiedades son: r = 790 kg/m3; Cp = 2100 J/kg K; k= 0,133 W/m K.

El aceite, que circular por los tubos, ingresar al equipo a 330 K y se lo desea calentar hasta 350 K. El calentamiento se realiza utilizando vapor de agua saturado a 92700 Pa (temperatura de condensacin = 450 K).

a) Decida si el equipo es apropiado para este servicio y si lo fuera calcule la resistencia de ensuciamiento que permite.

b) Calcule exactamente la temperatura de salida del aceite cuando el equipo se ponga en funcionamiento y su resistencia de ensuciamiento sea nula, utilizando el mtodo de la eficiencia-NUT.

La funcionalidad de la viscosidad del aceite con la temperatura se presenta en la siguiente tabla:

T (K)330340350420450

m, kg/m s3,6 10-33,02 10-32,5 10-37,4 10-45,2 10-4

4. 175000 Kg/h de un hidrocarburo de 31( API ( = 0.87 a 15.5(C) deben enfriarse desde 121(C hasta 65.5(C con 260000 Kg/h de agua que entra a 29(C. Las cadas de presin permitidas para cada corriente son 82640 N/m2. Los factores de obstruccin del aceite y del agua son de 0.0007 y 0.0002 W/ C m2, respectivamente. Se emplearn tubos de admiralty de 3/4 DE; 16 pies de longitud, 16 BGW, con arreglo en cuadro de 1. Los deflectores son 20% segmentados y B = 0.2 Dcor. Compare el funcionamiento de los intercambiadores que cumplen con los requerimientos del proceso usando:

a) tubos lisos (no aletados) y

b) tubos con 19 aletas cortas por pulgada, de 1/6 de altura.

Viscosidad del aceite de 31( API a 37(C

1.15 cp

65.5(C

0.85 cp

149(C

0.45 cp

5. Se desea tratar trmicamente suero de manteca para asegurar la destruccin de bacterias patgenas, sin afectar de manera importante las propiedades fsico-qumicas del suero. Se debe seleccionar un equipo capaz de realizar la primera parte del proceso, que consiste en calentar 2.75 Kg/s de suero, desde su temperatura de almacenamiento (4C) hasta 75C, temperatura a la cual se llevar a cabo la pasteu