Cálculo Del Condensador en Un Intercambiador de Calor

7/25/2019 Clculo Del Condensador en Un Intercambiador de Calor

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CLCULO DEl

CONDENSADOR

CONDENSADOR

Los condensadores son los equipos encargados de transferir hacia fuera del ciclo derefrigeracin el calor absorbido en el evaporador y en la etapa de compresin. Lo hacencondensando el vapor refrigerante desde el compresor.

TIPOS DE CONDENSADORES

Existen diversos tipos de condensadores y estos se clasifican dependiendo delarreglo, rea de intercambio de calor, y de otras caractersticas. Algunos de estoscondensadores son de tubo y coraa, doble tubo, compactos, entre otros. En este traba!o seestudiaron los condensadores de tubo y coraa, los cuales se pueden clasificar seg"n sugeometra y lugar donde se condensa el fluido, de la siguiente forma#

$ondensadores horiontales en la coraa. En este equipo el fluido que va a ser condensadocircula por fuera de los tubos. %o es apropiado para la condensacin total. &ienen una altacada de presin, sin embargo, la cada de presin puede controlarse utiliando diferentestipos de carcasas, adems el nivel de ensuciamiento se mantiene ba!o.

$ondensadores verticales en la coraa. La condensacin ocurre fuera de los tubos. 'onpoco usados como condensadores en el tope, en cambio son ms usados como rehervidores.La coraa puede tener bafles. Entre las venta!as de este tipo de condensador, es que tieneba!o consumo de agua o fluido refrigerante y su mantenimiento no requiere detener elproceso.

$ondensadores horiontales en los tubos. La condensacin es por dentro de los tubos.&picas aplicaciones de este tipo de condensadores son los condensadores de aire y loscondensadores(rehervidores horiontales. )or lo general se dise*an en un arreglo de un slopaso de tubos, o tubo en +. 'on muy poco usados en arreglos multipaso. Este tipo decondensador, es "til cuando se trata de fluidos, que causan problemas por ensuciamiento ocorrosin.$ondensadores verticales en los tubos -lu!o ascendente. La condensacin es por dentro delos tubos. Es usado en los condensadores parciales, donde peque*as cantidades de vaporascienden mientras que el condensado desciende por gravedad. La principal desventa!aocurre cuando la velocidad del vapor ascendente impide el descenso del condensado.

$ondensadores verticales en los tubos -lu!o descendente. Este arreglo es popular en laindustria qumica. &ienen un coeficiente de transferencia de calor ms elevado que en la


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condensacin fuera de los tubos. )resentan venta!as en el caso de meclasmulticomponentes, si la cada de presin se encuentra entre los lmites establecidos.

MTODO DE CLCULO

)ara el clculo del dise*o de los condensadores se sugiere la siguiente metodologade clculo#

/. Especificar las condiciones operacionales del condensador datos de entrada

0. 'eleccionar el tipo de condensador

1. 'eleccionar el fluido refrigerante

2. 3eterminar la carga de calor que debe ser retirada en el condensador

4. $alcular la diferencia de temperatura T

5. $alcular el rea del condensador, evaluando el coeficiente global de transferencia decalor

6. 7erificar que se satisfacen las condiciones operacionales establecidas cada de presin,esbelte, entre otras

En la -ig. 0, se presenta un flu!ograma con esta metodologa de dise*o para uncondensador.


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Especificacin de las condiciones operacionales datos de entrada. Antes de iniciar losclculos para el dise*o del condensador, se debe tener el problema referente al destilado


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bien definido, es decir, se deben conocer las composiciones de los productos que salen porel tope y la presin de operacin de la columna. En general, la cada de presin en elcondensador es despreciable, y se traba!a a la misma presin de la torre.

'eleccin del tipo de condensador. Existen diversos factores que influyen en la seleccin

del condensador, como lo son la temperatura, la presin, entre otros. Es importanteconsiderarlos, para determinar, si la condensacin se realiar por dentro o por fuera de lostubos, en el caso del condensador de tubos y coraa. )ara las tablas de seleccin se tomcomo referencia el traba!o de 8dreman 0999 y :ister /;;0. En la &abla /, se presentanlos parmetros para seleccionar el equipo seg"n las condiciones de operacin< tanto paracondensacin total como parcial.

8tro factor importante en la seleccin de un condensador es la orientacin verticalu horiontal. En las &ablas 0 y 1 se presentan una serie de recomendaciones para realiaruna eleccin apropiada cuando se trata de un condensador total. En las &ablas 2 y 4 semuestra la misma informacin, pero en este caso para un condenador parcial o mixto.


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3eterminacin de la carga de calor. )ara estimar el calor necesario, se utilia un balance deenerga#

= > ms?s@ me?e /

En el condensador no hay acumulacin de masa por lo tanto el flu!o msico queentra es igual al que sale, y la ecuacin queda reducida de la siguiente forma#


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= >m?s@ ?e 0

Las entalpas de entrada y salida de la mecla se obtienen mediante el siguienteclculo de la entalpa para meclas.

?&, ), xi > xi?oi&oi ,) xi$pid& ?&, ), xi 1

3onde la entalpa de meclado H de los componentes presentes en ladestilacin, puede aproximarse a cero B?>9 en el caso de hidrocarburos, ya que por logeneral estas meclas no se ale!an del comportamiento ideal. 'eg"n 7an %ess /;;6, elcomportamiento de una solucin ideal se aproxima al de una solucin que comprendemolCculas no muy diferentes en tama*o y de la misma naturalea qumica.

'eleccin del fluido refrigerante. En muchos casos se sugiere el uso de agua, debido a quees un medio de fcil obtencin y con una gran capacidad calorfica. Deneralmente en la

industria petroqumica es el medio refrigerante ms utiliado. En este caso, la mecla se vaa condensar desde su punto de roco tope de la columna hasta su punto de burbu!a salidadel condensador, sin llegar a ser subenfriada. $omo la temperatura de operacin del agua,es mayor que la temperatura en el punto de burbu!a y de roco de los componentes con quese va a traba!ar hidrocarburos livianos, entonces el agua es buen medio refrigerante.

En el caso de meclas de hidrocarburos muy livianos metano, etano, se sugiereutiliar otro fluido refrigerante o agua fra si se traba!a a ba!as presiones< pues latemperatura en el punto de burbu!a y roco de las meclas de este tipo de compuestos, esms ba!a que la temperatura de operacin del agua a esta presin. )or esta ran, en lascolumnas de destilacin se traba!a normalmente a presiones altas.

$lculo de la variacin de temperatura B&. La variacin de la temperatura del producto dedestilacin a lo largo del condensador no es constante. )or esta ran se plantean diferentesformas de estimar la variacin de la temperatura durante el proceso.

)ara obtener la temperatura de la mecla a lo largo del condensador, se calcula latemperatura de equilibrio para diferentes fracciones vaporiadas, desde cero entrada comovapor saturado hasta uno salida como lquido saturado, utiliando la ecuacin deachford(ice y la ley de aoult como modelo termodinmico. La temperatura del agua se

resuelve dividiendo el condensador en secciones intermedias y resolviendo elbalance de energa para el agua.

+n buen mCtodo para estimar la diferencia de temperaturas es calculandonumCricamente el rea entre la curva de temperatura del agua y de la mecla. )ara esto sedivide la curva en varios segmentos y se calcula el rea para cada una de las divisiones,finalmente el rea total es la suma de todas las reas calculadas. En la -ig. 1, se muestrauna curva de la diferencia de temperaturas entre una mecla de hidrocarburos etano,propano, butano e isobutano como fluidos condensantes y agua como fluido refrigerante.


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-igura 1. 7ariacin de temperatura en una mecla de hidrocarburos

8tra buena manera de estimar esta variacin, es dividir la curva de temperatura envarios segmentos y calcular la diferencia de temperatura, en cada segmento poraproximacin logartmica. Los resultados obtenidos, sern ms exactos en la medida que se

aumente el n"mero de segmentos en los que se divide la curva.

-inalmente, un "ltimo mCtodo para estimar la diferencia de temperatura es a travCsde una aproximacin media logartmica entre los valores de la temperatura a la entrada y lasalida del condensador< pero esta aproximacin slo es valida si el fluido est en una solafase. 'i el condensador est traba!ando en contracorriente, esta aproximacin se puedecalcular mediante la siguiente relacin, que depende "nicamente de las temperaturas deentrada y salida del condensador.

&LF&3>

cb

sr

cbsr

TT

TT

TTTT

ln

3onde &r y &b son la temperatura de roco y de burbu!a de la meclarespectivamente. &s y &e son la temperatura de entrada y de salida del agua.


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Esta relacin tambiCn es vlida para calcular la diferencia de temperatura en cadasegmento, si se prefiere dividir la curva de temperatura. El clculo de la variacin detemperatura que proporciona los resultados ms precisos, es el primero, a travCs de unmCtodo integral, y se me!ora la exactitud al aumentar el n"mero de divisiones. Laaproximacin logartmica entre la entrada y la salida es un mCtodo de fcil aplicacin pero

los resultados son deficientes, ya que en la mayora de los casos de condensacin dehidrocarburos no se puede suponer que la curva de temperatura se comporta como unafuncin logartmica. Las diferencias de exactitud entre los mCtodos empleados dependernen gran medida de las composiciones de las sustancias presentes en la mecla. En la -ig. 1,se observa que ambas curvas se ale!an del comportamiento logartmico, por lo tanto unaaproximacin logartmica da resultados imprecisos.

En la &abla 5, se presenta la diferencia de temperaturas para cuatro compuestosetano, propano, n(butano e isobutano, en diferentes proporciones. 'e muestra ladesviacin entre la temperatura calculada con el mCtodo integral real, y la calculada conel mCtodo de la aproximacin logartmica entre la entrada y la salida del condensador. Elerror en el clculo por ambos mCtodos, aumenta conforme disminuyen las composicionesde los componentes ms livianos.

En los condensadores de tubo y coraa el arreglo no es en contracorriente neto, porlo tanto se debe realiar una correccin a partir de las temperaturas de entrada y de salidade ambos fluidos al condensador. El factor de correccin f se obtiene de la literatura y esdiferente para cada arreglo del condensador.

$lculo del valor del coeficiente global de transferencia de calor U y del rea detransferencia de calor A. )ara el clculo del coeficiente global de transferencia de calor, seutilia la siguiente relacin#

U

/

>

iiAh

/

i

if

A

R ,

PIhL

DD

i

0

ln 9

9

,

A

R of

99

/

Ah

4

)ara los clculos de + la resistencia a la transferencia de calor debido a laconductividad tCrmica de la tubera es muy peque*a y por esta ran se considera

despreciable.


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&abla 5. 3esviacin entre la diferencia de temperatura calculada por dos mCtodos diferentes

El coeficiente convectivo h se calcula con distintas correlaciones obtenidas de laliteratura, seg"n los diferentes casos planteados# $ondensador horiontal o vertical,condensacin por dentro o por fuera de los tubos, condensacin por conveccin forada,entre otros.

)ara condensacin horiontal por la coraa, Fueller /;G1 plantea la siguientecorrelacin para calcular el coeficiente convectivo#

%u >

2/

1

06.9

TwTsatKl

gHgllD fg

5

+na correlacin para condensacin horiontal fuera de los tubos tambiCn fuepropuesta por, &aboreH /;62#

%u > 9.1e9.5)r9.2g

l

6


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+na correlacin que depende de la calidad, para condensacin por conveccinforada por dentro de los tubos, tanto horiontales como verticales fue propuesta por,ohsenoI y Jaron /;61. Esta correlacin es para egK14999 y flu!o anular.

%u >

+

265.9

;.9G4.0/Ee)r9/4.9

XXF

l l

G

donde es el parmetro deMartinelli,

>

4.9;.9/.9

/

l

g

g

l

;

- representa la resistencia tCrmica de la pelcula anular,

- > 4)rl 4ln/ 4)rl 0.4ln9.991/e9.G/0f /9

el eynolds se debe calcular para cada fase#

el>lD!

/,

//

eg>g

!D

/0

donde D se define como el gasto msico,

D >A

"" fg+

/1


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En este "ltimo caso, cuando las correlaciones dependen de la calidad, los resultadosque se obtienen son ms precisos, pero requieren una estrategia de clculo un pocolaboriosa, porque todas las propiedades de la mecla varan a lo largo del condensador,conforme se va incrementando la calidad. Es posible calcular las propiedades de la meclaen diferentes puntos a lo largo del intercambiador, calcular el rea en estos puntos y

finalmente, realiar la suma de total de las reas para obtener el rea total delintercambiador.

)ara el clculo del coeficiente convectivo del fluido refrigerante se utiliaracualquier correlacin nombrada en la literatura para fluidos sin cambios de fase.

$omo se puede observar en la Ec. 4, el coeficiente global de transferencia de calordepende del coeficiente convectivo h, y de los dimetros 3, del intercambiador de calor,y por ende del dimetro tanto interno como externo de los tubos que lo conforman. 3e igualforma, tambiCn depende del coeficiente convectivo h, que a su ve, es tambiCn funcindel dimetro de los tubos. 'i el ob!etivo final es realiar un clculo de dise*o, como lo es elcaso en cuestin, no es posible calcular el coeficiente de transferencia U, si no se conocenpreviamente las dimensiones del equipo. )or esta ran es necesario seguir unprocedimiento iterativo que se explica a continuacin.

)rimero es necesario buscar en la bibliografa un coeficiente global de transferenciade calor referencia. Este coeficiente depende del tipo de fluido fro que se va a utiliar ydel fluido que se quiere condensar.

+n segundo paso, es calcular el rea de transferencia de calor del intercambiador atravCs de la siguiente ecuacin, utiliando el coeficiente de transferencia obtenidopreviamente#

A >TU

#

/2

3onde el calor # y la variacin de la temperatura T se han calculado

previamente.

Jasndose en el rea obtenida con la Ec. /2, y los dimetros nominales disponibles,se decide un arreglo de condensador, se recalcula el coeficiente global de

transferencia de calor y el rea de transferencia para verificar que el arreglo escogidocumpla con los requerimientos del dise*o.

)ara obtener los coeficientes convectivos es necesario un mCtodo de clculoiterativo, debido a que las correlaciones involucran el valor de la temperatura en lasuperficie del tubo, y este parmetro es desconocido.

)rimero se debe suponer una &I, el primer estimado es un promedio entre lastemperaturas promedio de los fluidos.


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&I>0

"e$claag%a TT +

/4

'e desprecia la resistencia del tubo y se asume que la temperatura de superficieinterna del tubo es igual a la temperatura de su superficie externa, para simplificar losclculos. +na ve conocida esta temperatura se puede estimar el coeficiente convectivo dela mecla de hidrocarburos, la viscosidad del agua y calcular su coeficiente convectivo

.)ara cerrar el tanteo, se recalcula la &I por medio de la ecuacin de conveccin

para el fluido#

= > haguaA&I@ &agua /5

'i la nueva temperatura de superficie es distinta a la supuesta se realian todos lospasos previos, hasta que este valor se estabilice.

7erificacin de las condiciones de operacin. +na ve finaliado el dise*o del condensador,es importante verificar, que en efecto, la cada de presin a lo largo del equipo esta en elrango permitido, seg"n :ern /;62 la cada de presin en una columna de destilacin nodebe ser mayor que 4 psi. 3e no cumplirse esta condicin ser necesario reanudar los

clculos para un nuevo tipo de condensador o un nuevo arreglo del mismo tipo decondensador. Deneralmente, las variaciones que se realian en esta "ltima fase, sonreferentes a las propiedades del equipo, n"mero de pasos de los tubos o de coraas,n"mero de tubos, dimetro nominal de los tubos, dimetro de la coraa, entre otros. :ern/;62 propuso una serie de ecuaciones para el clculo de la cada de presin dentro y fuerade los tubos.

)ara verificar la cada de presin cuando la condensacin es fuera de los tubos, sepuede utiliar la siguiente relacin.

)c>c

c

D

&Df'

0

/2 0 +

/6

donde %/ es el n"mero de veces que el ha crua.'i la condensacin es por dentro de los tubos, sin cambio de fase se recomienda

utiliar la ecuacin#


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)t> 2fDe

L&(' 0

/G

'i dentro de los tubos hay cambio de fase, entonces se debe utiliar la relacinsiguiente

)t>

n

gn

fn PP

+

//

/;

donde n>2 cuando ambas fases presentan flu!o turbulento, o 1,4 cuando una o ambas fasesestn en rCgimen laminar.

)ara la cada de presin tanto en la fase lquida, como en la fase vapor se tiene#

)f>2fDi

lL&(' 0

09

)g>2fDi

lL&(' 0

0/

Al evaluar los parmetros de dise*o, se puede decir que la diferencia de temperaturano debe ser calculada por aproximacin logartmica, debido a que la curva de temperaturadel fluido condensado no presenta una forma de este tipo. El coeficiente convectivo de lamecla que se condensa, depende en gran parte de la calidad, y vara punto a punto a lolargo de la tubera, por esta ran es necesario considerar las correlaciones apropiadasdependiendo de si la condensacin ocurre dentro o fuera de los tubos. En este "ltimo casolas correlaciones no toman este parmetro en cuenta directamente, pero si de forma


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intrnseca ya que estas correlaciones involucran las propiedades tanto del lquido como delvapor y estas depende de la calidad.El fluido refrigerante ms usado en el dise*o deintercambiadores es el agua, debido a su facilidad de obtencin.

NOMENCLATURA

A Mrea transversal$p $alor especfico3 3imetrof -actor de friccin? Entalpa por unidad de materia: $oeficiente de conductividad tCrmicaL Longitud del condensadorm -lu!o msico% %"mero%u %"mero de %usselt) )resin)r %"mero de )randalt= $alor -actor de ensuciamientoe %"mero de eynolds& &emperatura+ $oeficiente global de transferencia de calor7 7elocidad de flu!ox -raccin molar, calidad

!riegas

B 3iferenciaN 7iscosidad dinmicaO densidad

)%b*n+icesb Jurbu!ac En la coraae Entradag -ase vapori PnternoL -ase lquidaLF&3 3iferencia de temperatura media logartmicao Externo9 Estado de referenciap )asos de tubosr ocos 'alidat En los tubossat 7alor de saturacinI 7alor en la pared


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INFLUENCIA DE LAS IMPUREZAS EN LA CONDENSACIN

En las operaciones de destilacin el componente voltil es siempre separado

"nicamente de manera parcial de los componentes menos voltiles y el producto de la partesuperior de la torre nunca es /99Q puro. As, puede contener desde una traa a unaconcentracin sustancial de los componentes mas pesados, y no se condensaisotCrmicamente excepto cuando el producto de la destilacin en la parte superior es unamecla de punto de ebullicin constante o una mecla formada por dos lquidosinmiscibles. $uando el rango de temperatura en la que la condensacin de la mecla tienelugar es peque*o, muchas veces que no exceda de /9 a 09R -, puede tratarse como uncomponente puro siendo la LF&3 la diferencia verdadera de temperatura paracondensadores /(/ o -t S LF&3 para condensadores /(0.

El uso de la LF&3 convencional en cualquier caso supone que la carga de caloreliminada del vapor por grado de disminucin en la temperatura es uniforme.)articularmente cuando se involucran acercamientos reducidos a la temperatura del medioenfriante, esto puede conducir a serios errores. )ara la mayora de los servicios lasuposicin anterior no causa serios errores.

8tro tipo de impurea que origina desviaciones de la condensacin exotCrmica, es lapresencia de traas de gases no condensables tales como el aire meclados con el vapor. +ngas no condensable es en realidad un gas sobrecalentado que no es enfriado a sutemperatura de saturacin, mientras que el vapor mismo es condensado.

+n e!emplo com"n es la presencia de aire en la condensacin de vapor de agua. Lapresencia de "nicamente /Q de aire por volumen, puede causar una reduccin en elcoeficiente de condensacin del vapor de agua de 49Q. El mecanismo de condensacin setransforma a uno de difusin del vapor a travCs del aire, sirviendo este ultimo comoresistencia a la transferencia del calor. Ja!o condiciones de presiones superatmosfCricas haypoco peligro de que el aire pueda entrar en el sistema excepto por la peque*as cantidadesque puedan disolverse en el alimento antes de que Cste se vaporice. En las operaciones alvaco la posibilidad de la entrada de aire al sistema requiere que se tome providencias parasu eliminacin continua.

COMPARACIN ENTRE CONDENSACIN HORIZONTAL Y VERTICAL

El valor del coeficiente de pelcula de condensacin para una cantidad dada devapor en superficie establecida, es afectado significativamente por la posicin delcondensado. En un tubo vertical cerca del 59Q del vapor se condensa en la mitad superiordel tubo. )ara un tubo de /5 pulgadas de largo y T de plg. 3e 3E el coeficiente horiontalseria 1.96 veces ms grande que el coeficiente vertical, siempre y cuando el flu!o de lapelcula de condensando este en rCgimen laminar. 8rdinariamente, sin embargo, la venta!ano es tan grande a debido a otras modificaciones que prevalecen, tales como las regiones detransicin entre el flu!o laminar y turbulento de la pelcula de condensado.


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$uando se emplea un condensador en una columna de destilacin, deben tomarse encuenta factores especficos como por e!emplo el reflu!o. El mantenimiento y el soporteestructural para el condensador vertical pueden ser costosos y considerablemente msdifciles. )or otra parte, si se desea no solamente condensar el vapor sino al mismo tiempoenfriar el condensado, el condensador vertical es admirablemente adecuado. 'ubenfriar es

la operacin de enfriar el condensado ba!o su temperatura de saturacin, y esto se hacefrecuentemente cuando el producto de la destilacin es un lquido voltil que debealmacenarse. 'ubenfriandolo es posible evitar grandes pCrdidas por evaporacin durante elalmacena!e inicial. La combinacin de condensacin y subenfriamiento en una sola unidadelimina la necesidad para un enfriador separado.

RESOLUCIN

El condensador que he elegido es de condensacin por la coraa y horiontal ya quecomo hemos visto en las tablas anteriores este tipo es bueno para vapores simples y paraba!a cada de presin. )or dentro de los tubos circula el agua de refrigeracin y por elexterior de la coraa el 3FE.

La expresin del balance de energa es el siguiente#

7SU3FE> = solamente considero que hay 3FE en el condensador

U3FE> $/S/(&r$0$1S&r$2S&rS&r

donde#

$/ > 0.;;2S/96

$0> 9.1494$1> 9$2 > 9&r >&V&crtica>1/;.9G1G V 299./ > 9.6;64&crtica> 299./ :

)or lo tanto U3FE> /6/94;9;.95 W V:mol.

La cantidad de vapor es 7 > /;6.GG4 :molVh.

+na ve que ya tenemos estos datos pedo calcular la cantidad de calor, que es#

=>11G4990,G/2 HWVh

)ara poder calcular la LF&3#


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-luido $aliente -luido -ro 3iferencia1/;.9G1G : Alta temp. 1/1 : 5.9G1G1/;.9G1G : Ja!a temp. 0GG : 1/.9G1G9 3iferencias 04 04

El intercambiador est en contracorriente verdadera, puesto que el fluido del lado dela coraa es isotCrmico.

LF&3 > Bt/( Bt0Vln Bt/V Bt0 > 15,0;/;

'upongo un coeficiente global de intercambio de /99 J&+Vft0h -.

una ve que he conseguido el valor de + de la tabla, puedo calcular el rea de intercambiocon# = > + A LF&3

3e manera que A > 24.51 m0 > 2;/./46 ft0.

$on el rea de intercambio, la longitud de los tubos y la superficie por pie lineal @sacada de la tabla ( puedo saber el n"mero de tubos#

%"mero de tubos > rea V longitud del tubo S superficie por pie lin.%umero de tubos >//G, si miro el las tablas el valor que ms se aproxima es /1/ tubos.

La configuracin que he elegido es#

$8AXA &+J8'

3P > /6 /V2YY AEDL8 &PA%D+LA / plg.)A'8' > / %R &+J8' > /1/


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E')A$P8 3E-LE$&8E' > 1/YY L8%DP&+3 >/5YY )A'8' > / 3E > / ZY

J[D > GaYt> 9.144 plg0

La condensacin es por la coraa ya que por el interior de los tubos circula el aguafra y por el exterior de los tubos circula el 3FE.

Empeando a hacer los clculos de la coraa#

La velocidad lineal y de mesa del fluido cambia continuamente a travCs del ha detubos, ya que el ancho de la coraa y el n"mero de tubos vara de cero en la parte superior yen el fondo a un mximo en el centro de la coraa. La longitud del rea de flu!o se tomoigual al espaciado de los deflectores J. el paso de los tubos es la suma del dimetro deltubo y el claro $Y. si el dimetro interior de la coraa se divide por el paso del tubo, seobtiene un numero ficticio, pero no necesariamente entero de tubos que debe superponerseen el centro de la coraa. Actualmente en muchas distribuciones no hay hileras de tubos enel centro de la coraa, sino que en su lugar existen dos hileras con mximas en amboslados de la lnea media y que tienen algunos tubos ms que los computados para el centro.Estas desviaciones se desprecian. )ara cada tubo o fraccin se considera que hay $Y S / plg 0

de rea transversal de flu!o por pulgada de espacio de deflector. El rea transversal de flu!opara el lado de la coraa as esta dada por#

as > P3S$YSJV/22 S )& > /6.04S9./G64S1/V/22S/ > 9,5;50G;951 ft0

y la masa velocidad es#

Ds > [V as> 0995G lbVh V 9,5;50G;951 ft0> 0GG0/,15104 lb V h ft0

[ es la cantidad de 3FE por unidad de tiempo que pasa por el intercambiador, paraobtenerla simplemente paso los /;6.GG4 HmolVh a HgVh multiplicando por el peso

molecular 25.

En los haces con tubos horiontales se ha encontrado que la salpicadura de loscondensados a medida que Cstos gotean el las hileras sucesivas de los tubos, origina que DYY

carga para tubo horiontal sea casi inversamente proporcional a % t0V1en lugar de a % t, demanera que es preferible usa un valor ficticio para los tubos horiontales#

DYY> [ V L S %&0V1 > 0995GV /,11111S/1/0V1> 4G1,4/40;41 lbV h pie lin.

El rea de flu!o por tubo se obtiene de la tabla (9.144YY ( pudiendo as calcular elrea de flu!o#


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at> %tS atV/22Sn > /1/S9.144V/22S/ > 9,100;4/1; ft0la masa velocidad es#

Dt> IVat> 6/0;1,4 V 9.100;4/1; > 009645,/12 lbV h pie0

I es el flu!o de agua, para obtener este valor utilio la siguiente expresin#= > m $pB&

3onde m es lo que quiero calcular, $p es la capacidad calorifica del agua / calVgR$ y B& es la diferencia entre la temperatura de salida y de entrada, la temperatura deentrada es de 0GG: y la de salida es de 1/1 : 29R$ ya que esta temperatura es la mximaque se puede conseguir en una condensacin.

La velocidad que lleva el fluido fro es de#

7 > Dt V 1599S O > 009645./12 V 15999S50.20 > 9.;G01 pps

Este valor es practicamente la unidad por lo que coincidira con el e!e de ordenadasde la grfica.

La temperatura promedio del fluido fro es t a> 4G.61 R-, con esta temperaturapodemos saber la viscosidad del fluido fro que es de 0,2/;9; lb V pie h. El dimetro de lostubos es de / \\ y el dimetro interior es de 9.56YY que pasados a ft0 son 9.56V/0 >9,944G1111, todos estos datos me sirven para poder calcular el numero de eynolds#

e&> 3S DtV ] > 9.944G1 S 009645,/12 V 0,2/;9; > 49;4,//G62

$on la figura que sepresenta en el anexopuedo calcular hi coeficiente de transferencia decalor del fluido interior que es igual a 045.4 y con este dato puedo calcular h i9 valor de hicuando se refiere al dimetro exterior del tubo#

hi9 > hi SP3V83 > 045.4S 9.56V/ > /6/.GG4 btuVh pie0R-.

La grfica de la que se obtiene este valor es para J[D /5 y como en mi caso es Ghay que multiplicar por un factor que se obtiene de la grfica de arriba, que en este caso esde 9.;4.

)ara poder calcular + necesito saber h9para ello primero la supongo eli!o un valorde 0649 btuVh pie0RVpie y calculo la temperatura de la pared del tubo, una ve que la hecalculado puedo saber la temperatura de la pelcula. La temperatura de la pared del tubopuede ser computada a partir de las temperaturas calricas cuando tanto hicomo ho sonconocidas, es costumbre despreciar la diferencia de temperatura a travCs del metal del tubotI(tpy se considera que el tubo en su totalidad est a la temperatura de la superficie externade la pared tI.

&I>ta hoVhiohoS&v(ta

3onde#


21/21

&a> 4G.61 temperatura promedio del fluido fro&v > //2.5G/R- temperatura promedio del fluido caliente&I > ///,1;9/040 R-

Jien, ahora ya puedo calcular la temperatura de la pelcula#&f > &v&I V 0 > //1,9144505 R-

La conductividad tCrmica de la pelcula es de 9,9645; btuVh pie 0RVpie, la gravedadespecifica es de 9.6; y la viscosidad es ] > 9.44 cp, sustituyendo estos datos en la siguienteecuacin#

h9> 1/99V39/V2S Btf/V1 > 0G0/,5251;G btuVh pie0RVpie

siendo Btf> tv@ tI V0 > /,52421620 R-.

$omo el valor supuesto y el calculado no se ale!an excesivamente doy misuposicin como buena ya que la diferencia no es muy grande, y ya puedo calcular elverdadero valor de +, en el caso de que la diferencia no hubiera sido despreciable busco unnuevo valor de tI.

A continuacin recalculo +realcon#

+real> h9S hiV h9 hi > /5/.; btu Vft0h -

'e aproxima al que yo supuse inicialmente /99 por lo tanto lo doy por vlido y laconfiguracin escogida es la adecuada.

Cálculo Del Condensador en Un Intercambiador de Calor

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