ENFRIADOR DE ETILICO LIQUIDO


Especificaciones generales del proceso:

Flujo caliente: Etilico liquido a 35 bar. de presión, flujo de 50 kg/s, que será enfriado desde una temperatura de entrada de 113 ªC hasta 38 ªC a un tanque de almacenamiento. No hay contaminación.
Refrigerante: Agua bien tratada desde una torre de enfriamiento a 27 ªC en verano y 17 ªC en invierno. La temperatura de salida no excederá 50 ªC. emplear una resistencia a la contaminación de 0.00018 (W/m2 K)-1. Sobre diseñar un 25% de superficie. Mantener una velocidad del flujo de 1.5 m/s como mínimo y 3 m/s como máximo para prevenir erosión. Para una caída de presión de 100 kPa existe una tolerancia de 10%.
Especificaciones de la construcción: Se requiere una longitud máxima de los tubos de 10m, los cuales serán de una aleación 0.5 de Cr en posición horizontal con arreglo multi tubular simple.
Tipo de intercambiador de calor y localización del fluido: debido a que el butano está a alta presión, se requiere una construcción de concha y tubo. El agua se colocará a ¾” en tubos rectos para limpieza.


P= 35bar. Diámetro = ¾”
Flujo másico = 50 kg/s Construcción concha y tubo
Temp. de entrada = 113ºC Longitud del tubo = 10m
Temp. de salida = 38ºC aleación de 0.5 Cr
Posición horizontal arreglo multibular simple

Refrigerante de agua tratada
Temperatura de verano = 27ºC
Temperatura de invierno = 17ºC
Temperatura de salida = 50ºC
Resistencia a la contaminación = 0.00018w/m2*k

METODO LMTD

Q=mhChTh;
Q= (50kg/s) (2.84kj/kgºk) (113-38ºK) = 10650 kj/s

Tprom = (17ºC + 27ºC)/2= 22ºC

Flujo Másico

Mc = q/ChTh; 10650/(1)(22-50)= 380.35

En la temperatura

Tm= (Th2-Tc2)-(Th1-Tc1)/ln (Th2-Tc2/Th1-Tc1) = 63-38/ln (63/38) = 49.45

La velocidad

Vm = V1 + V2/2 = 1.5 +3/2 = 2.25 m/s

Área de la corriente

Ao = m/pVm = 380.35/ (1000kg/m3) (2.25m/s) = 0.1690 m2

As = Q/ UfTm = 10650/ (0.00018) (0.87) (49.45) = 1375.28 m2

Factor de correccion

R = Th1-Th2/Tc1-Tc2 = 113-38/50-22 = 2.6

P = Tc1-Tc2/Th1-Tc2 = 50-22/113-22 = 0.3076

El numero de tubos

A= nPid2/4; n = A4/Pid2 = (.1690)a/Pi(.01905)2 = 592 tubos

Diametro = ¾” 1in --.0254m; .75 in---.0195m

Área de cada tubo
A=Pid; A= Pi (.01905) = .0598 m2

Diámetro exterior de los tubos
Do = 4(.01905)/Pi = .4638

Coeficiente de calor

Uo = 1/.00018 = 5555.55w/m2ºC

Resistencia Térmica

R= 1/Uo Ao = 1/ (5555.55) (.1690) = .00106 w ºC

Viscosidad dinámica

V = m/p; 1.002x10-3/1000kg/s = 1.003x10-6m2/s

Para el No. De Reynolds

No. Re = (2.25m/s)(.4638)/1.003x10-6m2/s = 1040428.71

1.5Pr(7.01)
3000 < nu =" 0.012[(1040428.71).87-280](7.01)0.4=""> numero de nusselt

Coeficiente de transferencia de calor exterior

ho = KNu/Do; K= 93.7

Ho =93.7(4487.71)/.4638 = 906637.40 w/m2ºC

Velocidad másica del agua

Gfrio = m/Ao = 155kj/s/.1690m2 = 917.159 kg/m2s

Para el flujo caliente

Di = 0.019m = ¾ in ; Ai = Pi(.019)2/a = 0.000284 m2 área interior y diámetro interior

Coeficiente de transferencia de calor interno

R = 1/U1A1 = Ui = 1/RAi; Ui = 1/(.00106)(.000284) = 332187.699w/m

Temperatura calorífica de caliente

Tprom = (38ºC + 113ºC)2 = 75ºC ; Tc = 38ºC + 0.4(75ºC) = 68ºC

Para el valor de velocidad másico del flujo caliente

Gcaliente = 50kg/s/(10m) (592tubos)2/3 = 0.0712 kg/m2seg

Este resultado es para la carga de condensado para tubos horizontales. Esto es para la caída de presión

Gcaliente = 50kg/seg/0.000284 = 176056.33kg/m2seg

Se calcula la caída de presión el refrigerante y se determina el valor de la caída de presión

Af= 4fG2L/2gP2Do

El factor de fricción F= 0.0035 + 0.264 /(DG/M)0.92

f= 0.0035 + 0.264/[(.4638)(917.15)/1.002x10-3)].42= 4.642x10-3

caída de presión

Af = 4(4.642x10-3)(917.15kg/m2s)(10m)/2(9.81m/seg2)(1000kg/m2)2(.4638) = 0.017kPa

Para obtener la caída de presión del fluido caliente (etílico)

Vdinamica = M/P; M = Vdin P

M= (1.003x10-6m2/s)(789kg/m3) = 7.913x1-4 kg/m*seg

No Re para el etílico

No Re = DiGi/M= (0.019m) (176056.33kg?m2seg) / 7.913x10-4kg/m*seg = 4227309.832

Factor de fricción para el fluido caliente

f= 0.0014 + 0.125/(PG/M).32

f = 0.0014 + 0.125/ [(0.019m)(176056.33kg/m2s)/

7.91x10-4kg/ms]0.32 = 2.347x10-3

Para la caida de presion

Af = 32MGi/2gp2D2; 32(7.91x10-4)(176056.33)/

2(9.81)(789)2(0.019)2 = 1.01kPa

Coeficiente de transferencia de calor interna

hi = Q/AiTi = 10650kj/s(0.000284m2)(75ºC) = 500000 w/m2ºc


Coeficiente de transferencia de calor total

Uo = 1/1/hi + 1/1/ho ;

1/1/500000 + 1/1/906637.40 = 322271.18

PRYECTO CON EL SOFTWARE

el software con el que se comprobaron resultados del intercambiador de calor fue el plateHex, aqui se pone la liga de donde se descargo

http://www.webbusterz.com/component/option,com_remository/Itemid,26/func,fileinfo/id,15/

el intercambiador parecido

Cambiadores de calor multitubulares, de carcasa y tubos: En éstos, uno o los dos fluidos realizan varios recorridos o "pasos" por el cambiador. En la figura 8.3. se muestran unos ejemplos. Así, si el fluido frío pasa una sola vez por los tubos y el caliente una sola vez por la carcasa, el cambiador se denomina 1-1; si los pasos son 1 y 2 respectivamente, pasa a llamarse 1-2; y así, los hay 2-4, 2-6, etc.

En todos los cambiadores multitubulares, el fluido que circula por la carcasa se ve obligado a atravesar el bloque de tubos con flujo cruzado más que en paralelo, forzado por la presencia de unos tabiques deflectores perpendiculares a los tubos. De esta forma se consigue una mayor turbulencia y por tanto un valor más alto del coeficiente de transmisión de calor para el fluido externo.

Investigacion de Empresa

Bueno en mi investigación me base en un Intercambiador de calor de tubos corrugados, estos se emplean en diferentes actividades, la que yo decidí utilizar fue en las aguas residuales, y una empresa que trata el agua se llama West end Wather S.a. de C.V. que se encuentra por detrás de Wal-Mart del Blvd. Zaragoza, por razones de salubridad no me permitieron el paso,
Mediante una investigación desarrolle este pequeño proyecto.



Intercambiadores de calor de tubos corrugados


La turbulencia es el factor más importante en la transmisión térmica. HRS ha diseñado distintas geometrías para aumentar la eficiencia térmica en los intercambiadores de calor tubulares a través de la corrugación, tanto en el interior de los tubos como en el exterior de los mismos.



Esta innovación tiene otras ventajas adicionales:


Acorta el tiempo de tratamiento térmico en aplicaciones alimentarias.
Disminuye el volumen de producto contenido en el intercambiador.
Baja el ensuciamiento.
Reduce el volumen y el peso de los intercambiadores.

Con este invento se mejoro la eficacia de transmisión térmica de los tubos lisos, lo que supone una revolución para diferentes sectores industriales en aplicaciones de bajo nivel de ensuciamiento.

Las Aguas residuales

Los Intercambiadores Spiratube® de Tubo Corrugado se emplean para el tratamiento térmico de aguas residuales en procesos de digestión termofílica, tanto en la sección de recuperación de calor como la de calentamiento.



Algunas ventajas de los tubos corrugados son:




Los Tubos Corrugados provocan un incremento en el coeficiente global de transmisión de calor y por tanto una reducción en la superficie de intercambio necesaria, que conlleva un ahorro en la inversión inicial de la instalación.




La turbulencia generada en el interior de un Tubo Corrugado provoca un efecto de autolimpieza que permite al intercambiador trabajar siempre limpio. HRS Spiratube dispone de instalaciones donde los intercambiadores han permanecido limpios tras dos años ininterrumpidos de trabajo.
No tiene gastos en repuestos y mantenimiento.

tubo corrugado detallado

Tratamiento de residuos industriales

Los residuos industriales deben ser manipulados por las empresas autorizadas que los tratan.

Cuando el tratamiento biológico no es posible debido a las condiciones extremas para los microorganismos, entonces, los residuos deben tratarse con Membranas o Evaporación.

Algunos ejemplos:

Agua que viene de tanques de lavado que contienen productos químicos.
Agua residual de industrias químicas que tienen disolventes y sales.
Salmuera (agua con un alto contenido en sal)
Aguas residuales de fábricas (provenientes de máquinas)
Purines de cerdo.
Evaporación.

Coste y eficiencia energética

COSTE = Costes de inversión + costes de mantenimiento de energía

Evaporación Tipo de Energía Proporción de energía

Efecto simple Termal 1 : 1
Efecto triple Termal 2.6 : 1
Bomba de calor Eléctrica 3 : 1
Termocompresión Termal 1.25 : 1
Recompresión mecanica Eléctrica 15 : 1

La recompresión mecánica de vapor funciona con un diferencial de bajas temperaturas y es la solución más económica para el manejo (evaporación/ concentración) de los residuos industriales, ya que supone el menor consumo de energía.


El éxito de la solución de HRS Spiratube está basado en la unión del Unicus® y el equipo de Recompresión Mecánica de Vapor.


Unicus® garantiza que el evaporador no se ensucie, por lo que puede operar todo el tiempo necesario sin interrupciones. Consigue altos niveles de concentración. La Recompresión Mecánica de Vapor es la clave para el ahorro de energía.

Diagrama del tratamiento de residuos industriales de HRS

Flujo Viscoso Isotermico

Para encontrar el flujo viscoso isotérmico se utilizan 2 formulas,
la ecuacion de continuidad y la ecuacion de movimiento

Con estas ecuaciones se obtienen las distribuciones de esfuerzos, de velocidad y de presión en el sistema de flujo.
Aquí se estudia la forma de plantear problemas de flujo viscoso mediante la simplificacion de las ecuaciones de continuidad y de movimiento, eliminando aquellos términos que se consideran nulos o despreciables para la situación particular que se analiza.
En función de los gradientes de velocidad para un fluido newtoniano de p y u constantes. Solo pueden aplicarse directamente cuando se desea obtener la distribución de velocidad de un fluido newtoniano. Para los fluidos no newtonianos se requiere partir de la ecuación de movimiento expresada en función de los esfuerzos.

Balances de energía Calorífica en un Volumen de Control

De acuerdo a la ley de la conservación de la energía, para las condiciones de estado estacionario puede establecerse la ecuación siguiente:

Flujo de calor que entra - flujo de calor que sale + flujo de calor producido =0

El calor puede entrar o salir del sistema por el mecanismo de conducción de acuerdo a la ley de Fourier y debido al movimiento global de la masa de fluido en el que el calor es transportado por la corriente de dicho fluido.
El flujo de calor puede generarse en el interior del sistema como consecuencia de diversos fenómenos físicos tales como por degradación de la energía eléctrica, mecánica.

La ecuación anterior es una forma simplificada del balance de energía, en la que no se han tenido en cuenta otras formas de energía, como la energía cinética, potencial y el trabajo.
Al aplicarse el balance de energía para estudiar un sistema dado, se obtienen ecuaciones diferenciales que describen las distribuciones de densidad de flujo de calor y de temperatura en el sistema.

En los sistemas no isotérmicos, las condiciones limite que frecuentemente se utilizan son las siguientes:

1. la temperatura en una superficie puede ser conocida
2. la densidad de flujo de calor en la superficie puede especificarse
3. en una interface solido-fluido, la densidad de flujo de calor puede relacionarse con la diferencia entre la temperatura de la interface y la del fluido
4. en las interfaces solido-solido y fluido-fluido existe continuidad en la distribución de temperatura y la densidad de flujo de calor.