UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTAESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL FACULTAD DE INGENIERIA DE INGENIERIA EN ENERGIA

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTAFACULTAD DE INGENIERIADEPARTAMENTO ACADEMICO DE ENERGIA Y FISICA

TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA2013 I

I UNIDAD

SESION N 4

DISEO DE INTERCAMBIADORESDE CALOR DE DOBLE TUBO O TUBOS CONCENTRICOS

PROCEDIMIENTO DE DISEO

1.- Especificar las condiciones de proceso (cantidades que circulan, temperatura de entrada y salida, etc.)

2.- Establecer el recorrido de los fluidos ( los fluidos a alta presin y los fluidos corrosivos deben ser dirigidos por el interior de los tubos; volmenes muy grandes de fluidos as como fluidos viscosos circulan mejor a travs de la coraza; cuando se requieran cadas bajas de presin, se debe usar el lado de la coraza

3.- Suponer un coeficiente total de diseo y se calcula el rea tentativa.

4.- Seleccionar la longitud, arreglo, espaciamiento y dimetro de los tubos.

5.- Determinar el mnimo nmero de pasos, con base en el nmero total de tubos correspondiente al rea tentativa.

6.- Seleccionar el nmero de pasos de coraza, que de un factor de correccin FT de 0.75 a 0.8 mayor, para la diferencia media logartmica de temperatura.

7.- Seleccionar un intercambiador estndar que satisfaga lo mejor posible los requerimientos de los puntos 3, 4, 5, y 6, luego determinar el coeficiente de transmisin de calor del lado de los tubos.

8.- Suponer tentativamente espaciamiento en los deflectores, que pueden variar desde una quinta parte del dimetro de la coraza hasta un dimetro de la misma.

9.- Determinar el coeficiente del lado de la coraza.

Intercambiador de calor de doble tubo:

a.- Disposicin en Contracorriente

Generalmente se emplean para pequeas reas de transferencia de calor, que oscila entre 100 200 ft.La longitud de los tubos vara de 12 ft 15 ft 20 ft.

DIMETRO EQUIVALENTE

Tubo externo :

Tubo interno :

d = 4 rh ;rh = rea de flujo / permetro hmedo

Se usa o aplica cuando no hay un dimetro definido para figuras geomtricas que no sean crculos.El dimetro equivalente para el nulo anillo anular :

..( 37 )

el permetro hmedo es :ph = do . ( transmisin de calor )ph = do + Di ( flujo de fluidos )Para transmisin de calor :

.. ( 38 )

Para flujo de fluidos :

( 39 )De la ecuacin ( 24 )

hio = coeficiente de transmisin de calor en elinterior del tubo interno referido a su rea externaho = coeficiente de transmisin de calor en el exterior del tubo internoUc = Coeficiente de transmisin de calor limpio.hi . Ai = hio . Aoq = hi . Ai . T

q = hio . Ao . T

.. ( 40 )

Factor de Obstruccin

.. ( 26 )UD = coeficiente global de transmisin de calor de diseo. La cada de presin recomendable o permisible es de 5 10 psi. .. ( 41 )Intercambiador de calor de doble tubo:b.- Disposicin en serie paralelo.

Este tipo de intercambiadores se emplea cuando P/ es mayor que 10 psia.

q = U .A .T t = ( T1 t1 )

1.- Para una corriente caliente en serie y ncorrientes fras en paralelo.

(42)

2.- Para una corriente fra en serie y ncorrientes calientes en paralelo.

(43)

BALANCE DE ENERGIA

El balance de calor o balance de entalpa en un intercambiador de calor es:

Para una unidad de tiempo, el balance de entalpa es :m ( H b H a ) = q

El balance de calor para un intercambiador de calor es:

m c ( H cb H ca ) = q

m h ( H hb H ha ) = q

mc ( Hcb Hca ) = mh ( H ha Hhb ) . ( 44 )

mc , mh = velocidad de flujo de masa para el fluido frio y caliente

mh Cph ( Tha Thb ) = mc Cpc ( Tcb Tca )= q ..( 45 )

Velocidad deTransmisin de calor.-

Coeficientes globales de transmisin de calor.-

por la ley de Fourier: U = coeficiente global de transmisin de calor

Se puede decir :

integrando para la superficie total :

dq = U T dA qt = U T dA

reemplazando :

.(46)

= LMTD

=Se emplea para grandes temperaturas

temp. media aritmtica

Coeficiente global variable.-

U1 , U2 = coeficiente global local

...( 47 )TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA 2013 I Ing CESAR A. FALCONI COSSIO