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Programa de Ingeniería
Química
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Km. 7 Antigua Vía Puerto
Colombia
UNIVERSIDAD DEL ATLÁNTICO
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA
TRANSFERENCIA DE CALOR II – G
EJEMPLO 6.1 INTERCAMBIADOR DE CALOR DE DOBLE TUBO
Se desea calentar 9820
lb
h
de benceno frío de 80 a 120°F usando tolueno caliente que se enfría de 160 a
100°F. Las gravedades específicas a 68°F son 0,88 y 0,87, respectivamente. Cada corriente se le asignará un
factor de obstrucción de 0,001 y la caída de presión permitida de cada corriente es de 10,
lb
plg
2
.
Se dispone de cierto número de horquillas de 20 pies de longitud de 2 por 1
4
1
plg IPS. ¿Cuántas horquillas se
requieren?
SOLUCIÓN
DATOS
Benceno Tolueno
T
1 B
= 80 ° F T
1 T
= 160 ° F
T
2 B
= 120 ° F T
2 T
= 100 ° F
SgB=0,88 SgT =0,
f. obstrucción= 0,
∆ P= 10 lb / plg
2
ω
B
= 9820 lb/h
1) BALANCE DE CALOR
Se calcula el valor de la temperatura promedio para luego obtener el cp de cada compuesto.
Benceno ,T
pron
( 80 + 120 ) ° F
= 100 ° F=¿ c
p
=0,425 Btu /lbf
Tolueno , T
pron
( 160 + 100 ) ° F
= 130 ° F=¿ c
p
=0,44 Btu/lbf
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q=ω∗c
p
∗∆ T = 9820 lb/h∗0,425 Btu /lbf ∗( 120 − 80 ) ° F= 166940 Btu/h
ω
T
q
c
p
∗∆ T
166940 Btu/h
0,44 Btu /lbf ∗¿ ( 160 − 100 ) ° F=6323,4848 lb/ h¿
- MLDT
MLDT =
∆ T
2
−∆ T
1
ln
∆ T
2
∆ T
1
∆ T
2
=( 120 − 80 ) ° F= 40 ° F
∆ T
1
=( 160 − 100 ) ° F− 40 ° F= 20 ° F
MLDT =
( 40 − 20 ) ° F
ln
=28,854 ° F
Teniendo en cuenta el uso de las tablas de características de acero IPS, obtenemos los datos necesarios
para la solución del problema.
FLUIDOCALIENTE :ánulo , tolueno
Área de flujo
Tubería de acero de cédula 40
D
2
=2,067 / 12 =0,1723 ft
D
1
=1,66 / 12 =0,138 ft
A
0
π
D
2
2
−D
1
2
− 3
ft
2
Cálculo del
D
e
para transferencia de C.
D
e
D
2
2
−D
1
2
D
1
2
2
=0,0771 ft
Velocidad de masa
G
T
ω
T
A
0
6323,4848 lb/h
− 3
ft
2
=756470,0928lb/h∗¿ ft
2
Número de Reynolds
t
D
e
∗G
T
μ
Determinación de
N
pr
K
0
=0,085 Btu /h ft
2
Dato obtenido de la tabla 41
N
pr
c
p
∗μ
0
k
0
1
3
1
3
Cálculo del coeficiente peculiar
h
0
= j
H
c
p
∗μ
0
k
0
1
3
∗k
D
1
h
0
Btu
h∗ft
2
° f
FLUIDO FRÍO :tubointerior , benceno
Área de flujo
Tubería de acero de cédula 40
D=1,38 / 12 =0,115 ft
A
i
π
D
2
=0,0104 ft
2
Velocidad de masa
G
B
ω
B
A
i
9820 lb/ h
0,0104 ft
2
=944230,7692 lb /h∗¿ ft
2
Número de Reynolds
b
D∗G
B
μ
Determinación de
N
pr
K
i
=0,091 Btu/h ft
2
Dato obtenido de la tabla 41
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f =0,0035+
0,
− 3
∆ F
b
4 f G
t
2
L
2 g ρ
2
D
'
e
2
8
2
¿ 8,3877 ft
∆ P
b
=3,2036 lb / plg
2
∆ P , permitida=10,0 lb/ plg
2
ANEXO
Tabla 1- Característica de tubería de acero IPS
Realice un cálculo sistemático de un intercambiador de doble tubo. Siguiendo la metodología Kert. (problema 6.1)
En el siguiente vídeo se registra la metodología y se deben tener en cuenta las siguientes condiciones.
- variación de las temperaturas de entrada de los fluidos caliente y frío
- Arreglo de flujos en paralelo contracorriente
- Análisis de los 4 arreglos de tuberías que recomienda la literatura
- Especificación de distribución del flujo dentro del IDC, según criterio de temperatura o del mayor área de flujo
