Sobre El Diseño
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Metodos de diseño basicos para intercambiadores de calor 1. INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MEXICALI DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA Y BIOQUÍMICA MÉTOD OS DE DISEÑO BÁSICOS PARA INTERCAMBIADORES DE CALOR I. Q. ALEJANDRO GUADARRAMA 2. ECUACIÓN DE BALANCE DE ENERGÍA Sistema abierto Estado estable Condiciones de fluj o estables Cambos de energia cinética y potencial despreciables Integrando queda: 3. Si la operación se considera adiabática, integrando para los fluidos frio y calie nte queda: Fluido caliente Fluido frío Si los fluidos no pasan por un cambio de fa se y tienen calores específicos constantes, podemos reescribir: ECUACIÓN DE TRANSFER ENCIA TOTAL DE ENERGÍA 4. ECUACIONES BÁSICAS PARA EL ANÁLISIS TÉRMICO DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR EN CONDIC IONES DE ESTADO ESTABLE Para calcular el área de transferencia, A, el problema se reduce a determinar: El coeficiente global de transferencia de calor, U El difer encial de temperaturas medio, Tm 5. COEFICIENTE GLOBAL DE TRANSFERENCIA DE CALOR Coeficiente para una pared plana limpia Coeficiente para un intercambiador tubular limpio Coeficiente por incrus tación Factor de ensuciamiento 6. Transferencia de calor a través de in intercambiador con paredes sucias por for mación de depósitos en ambos lados de la pared: Para una pared plana desnuda: Para u na pared tubular desnuda: 7. Coeficiente de transferencia de calor basado en el área superficial exterior de la pared (aletas): Para intercambiadores de calor tubulares sin aletas: Conocie ndo los coeficientes de transferencia interno, externo, factores de ensuciamient o y parámetros geométricos. Para una pared plana de espesor t, la ecuación sería: 8. Ejemplo 1 Determine el coeficiente global de transferencia de calor U para un a transferencia de calor líquido-líquido a través de una placa de acero [k = 50 W/m*K] de 0.003 m de espesor para los siguientes coeficientes de transferencia de calo r y factor de ensuciamiento en un lado: 9. Ejemplo 2 Reemplace uno de los líquidos que fluyen en el ejemplo anterior con u n flujo gaseoso : 10. Ejemplo 3 Reemplace el otro líquido que fluye por otro flujo gaseoso en el eje mplo anterior: 11. El método de DMLT para el Análisis de Intercambiadores de calor Intercambiadores de calor en paralelo y contracorriente: Para el caso en que T1 = T2: 12. El método de DMLT para el Análisis de Intercambiadores de calor Flujo Paralelo F lujo Contracorriente Th1 T1 Th1 Th2 T2 T1 Th2 T2 TC1 TC2 TC1 TC2 13. Ejemplo 4 Considere un intercambiador de calor de tubos y coraza construido con tubos de 0.0254 m de DE para enfriar 6.93 kg/s de una solución de alcohol etílic o al 95% (Cp = 3810 J/kg·K) desde 66 °C hasta 42 °C, utilizando 6.30 kg/s de agua disp onible a 10 °C (Cp = 4187 J/kg·K). En el intercambiador de calor, se utilizarán 72 tub os. Suponga que el coeficiente global de transferencia de calor basado en el área superficial externa del tubo es 568 W/m2·K. Calcule el área superficial y la longitu d del intercambiador de calor para cada uno de los siguientes arreglos: 1. Inter cambiador de calor de tubos y coraza en flujo paralelo. 2. Intercambiador de cal or de tubos y coraza en flujo cruzado 14. Intercambiadores de calor en multipasos y flujo cruzado: Se sigue utilizando la ecuación: Donde Tlm = Tlm,cf , calculadas para condiciones de flujo contracorr iente Efectividad de temperatura Relación de capacidades caloríficas F gráficas de Bow man et al (Perrys, cap. 11, fig 11-4) 15. Tubos y coraza. Un paso por coraza y dos ó múltiples pasos de dos tubos 16. Tubos y coraza. Dos pasos por coraza y cuatro ó múltiples pasos de cuatro tubos 17. Tubos y coraza. Tres pasos por coraza y seis ó más números pares de pasos por los tubos 18. Tubos y coraza. Flujo dividido por la coraza y número de pasos par por los tub os 19. Tubos y coraza. Flujo partido por la coraza y dos pasos por los tubos 20. Flujo cruzado sin mezclado 21. Ejemplo 5 Repita el ejemplo 4 para un intercambiador de calor de tubos y cor aza con un paso por la coraza y pasos múltiples de dos tubos 22. El método -NTU para el Análisis de Intercambiadores de calor 1. Relación de capaci dades caloríficas 2. Efectividad de transferencia de calor del Intercambiador 3. Núm
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Metodos de diseño basicos para intercambiadores de calor1. INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MEXICALI DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA Y BIOQUÍMICA MÉOS DE DISEÑO BÁSICOS PARA INTERCAMBIADORES DE CALOR I. Q. ALEJANDRO GUADARRAMA2. ECUACIÓN DE BALANCE DE ENERGÍA Sistema abierto Estado estable Condiciones deo estables Cambos de energia cinética y potencial despreciables Integrando queda:3. Si la operación se considera adiabática, integrando para los fluidos frio y caliente queda: Fluido caliente Fluido frío Si los fluidos no pasan por un cambio de fase y tienen calores específicos constantes, podemos reescribir: ECUACIÓN DE TRANSFERENCIA TOTAL DE ENERGÍA4. ECUACIONES BÁSICAS PARA EL ANÁLISIS TÉRMICO DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR EN CONDICIONES DE ESTADO ESTABLE Para calcular el área de transferencia, A, el problema sereduce a determinar: El coeficiente global de transferencia de calor, U El diferencial de temperaturas medio, Tm5. COEFICIENTE GLOBAL DE TRANSFERENCIA DE CALOR Coeficiente para una pared plana limpia Coeficiente para un intercambiador tubular limpio Coeficiente por incrustación Factor de ensuciamiento6. Transferencia de calor a través de in intercambiador con paredes sucias por formación de depósitos en ambos lados de la pared: Para una pared plana desnuda: Para una pared tubular desnuda:7. Coeficiente de transferencia de calor basado en el área superficial exterior de la pared (aletas): Para intercambiadores de calor tubulares sin aletas: Conociendo los coeficientes de transferencia interno, externo, factores de ensuciamiento y parámetros geométricos. Para una pared plana de espesor t, la ecuación sería:8. Ejemplo 1 Determine el coeficiente global de transferencia de calor U para un
a transferencia de calor líquido-líquido a través de una placa de acero [k = 50 W/m*K] de 0.003 m de espesor para los siguientes coeficientes de transferencia de calor y factor de ensuciamiento en un lado:9. Ejemplo 2 Reemplace uno de los líquidos que fluyen en el ejemplo anterior con un flujo gaseoso :10. Ejemplo 3 Reemplace el otro líquido que fluye por otro flujo gaseoso en el ejemplo anterior:11. El método de DMLT para el Análisis de Intercambiadores de calor Intercambiadores de calor en paralelo y contracorriente: Para el caso en que T1 = T2:12. El método de DMLT para el Análisis de Intercambiadores de calor Flujo Paralelo Flujo Contracorriente Th1 T1 Th1 Th2 T2 T1 Th2 T2 TC1 TC2 TC1 TC213. Ejemplo 4 Considere un intercambiador de calor de tubos y coraza construidocon tubos de 0.0254 m de DE para enfriar 6.93 kg/s de una solución de alcohol etílic
o al 95% (Cp = 3810 J/kg·K) desde 66 °C hasta 42 °C, utilizando 6.30 kg/s de agua disponible a 10 °C (Cp = 4187 J/kg·K). En el intercambiador de calor, se utilizarán 72 tubos. Suponga que el coeficiente global de transferencia de calor basado en el áreasuperficial externa del tubo es 568 W/m2·K. Calcule el área superficial y la longitud del intercambiador de calor para cada uno de los siguientes arreglos: 1. Intercambiador de calor de tubos y coraza en flujo paralelo. 2. Intercambiador de calor de tubos y coraza en flujo cruzado14. Intercambiadores de calor en multipasos y flujo cruzado: Se sigue utilizando la ecuación: Donde Tlm = Tlm,cf , calculadas para condiciones de flujo contracorriente Efectividad de temperatura Relación de capacidades caloríficas F gráficas de Bowman et al (Perrys, cap. 11, fig 11-4)15. Tubos y coraza. Un paso por coraza y dos ó múltiples pasos de dos tubos16. Tubos y coraza. Dos pasos por coraza y cuatro ó múltiples pasos de cuatro tubos
17. Tubos y coraza. Tres pasos por coraza y seis ó más números pares de pasos por lostubos18. Tubos y coraza. Flujo dividido por la coraza y número de pasos par por los tubos19. Tubos y coraza. Flujo partido por la coraza y dos pasos por los tubos20. Flujo cruzado sin mezclado21. Ejemplo 5 Repita el ejemplo 4 para un intercambiador de calor de tubos y coraza con un paso por la coraza y pasos múltiples de dos tubos22. El método -NTU para el Análisis de Intercambiadores de calor 1. Relación de capacidades caloríficas 2. Efectividad de transferencia de calor del Intercambiador 3. Núm
8/16/2019 Sobre El Diseño
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ero de unidades de transferencia23. = (NTU, C*, arreglo de flujo)24. Ejemplo 9 Se utiliza un intercambiador de calor de tubos y coraza de dos pasos por los tubos y paso sencillo con baffles por la coraza para enfriar aceite.El agua de enfriamiento fluye a través de los tubo s 20 °C con una velocidad de flujo de 4.082 kg/s. El aceite de motor entra al lado de la coraza con una velocidad de flujo de 10 kg/s. Las temperaturas de entrada y salida del aceite son 90°C y 60°C, respectivamente. Determine el área superficial de intercambio de calor por ambos métodos, LMTD y -NTU si el coeficiente global de transferencia de calor basado sobre el área externa de los tubos es 262 W/m2·K. Los calores específicos del agua y aceite son 4179 J/kg·K y 2118 J/kg·K, respectivamente.
