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TALLER TRANSFERENCIA DE CALOR
Profesor Víctor Fernando Marulanda
Juan Sebastián Delgado Burgos
1
Ejercicio Por Resolver:
7000 lb/h de anilina deben calentarse de 100 a 150°F mediante enfriamiento de 10 000 lb/h
de tolueno con una temperatura inicial de 185°F, en horquillas de doble tubo de 2 por 1 plg
IPS por 15 pies de largo. Se permiten caídas de presión de 10 lb/plg, y se requiere un factor
de obstrucción de 0.005 (a). ¿Cuántas secciones de horquillas se requieren? (b) ¿Cómo
deben arreglarse? (c) ¿Cuál es el factor final de obstrucción?
Datos iniciales:
m ´ anilina
lb
h
m´ tolueno
lb
h
T
i tolueno
= 185 ° FT
i anilina
= 100 ° FT
f anilina
= 150 ° F
L= 15 fta=0. ∆ P= 10
lb
μ tolueno
=0,32cP
c P tolueno
BTU
lb∗° F
k tolueno
BTU
hr∗f t
2
∗° F
μ anilina
=2,1 cPc P anilina
BTU
lb∗° F
k anilina
BTU
hr∗f t
2
∗° F
Procedimiento de Resolución:
a.) ¿Cuántas secciones de horquillas se requieren?
Se halla la temperatura promedio para ambos fluidos:
Anilina:
T
anilina
100 ° F + 150 ° F
= 125 ° F
Tolueno :
T
2
=T
1
W
Q
Q=W ∗c P
∗∆ T = 7000
lb
hr
BTU
lb∗° F
∗ 50 ° F= 1 82000
BTU
hr
T
2
= 185 ° F−
BTU
hr
lb
hr
= 16 6,8° F
T
tolueno
185 ° F+ 16 6 , 8 ° F
= 17 5 , 9 ° F
Se calculan las áreas y diámetros equivalentes para ambos flujos en el intercambiador,
obteniendo los diámetros de la tabla 11 del Kern:
Tolueno:
1
Universidad de la Salle. Facultad de Ingeniería. Ingeniería Química. Sexto semestre.
D
2
ft
=0,172 ft ¿D 1
ft
=0,11ft ¿
A=
π∗D 2
2
−D
1
2
=0,013732 f t
2
D
e
D
2
2
−D
1
2
D
1
=0,1589 ft
Anilina:
D=1,049∈
ft
=0,08442 ft ¿
A=
π∗D
2
=0,006 f t
2
Se calculan los fluxes para ambos flujos:
Tolueno
N
tolueno
W
A
lb
h
0,013732 f t
2
lb
hr∗ft
2
Anilina
N
anilina
W
A
lb
hr
0,006 f t
2
lb
hr∗f t
2
Se calcula el Número de Reynolds para ambos fluidos, usando el flux y el diámetro
equivalente:
Tolueno:
N
ℜ
D
e
∗N
tolueno
μ tolueno
=149426,58 → Régimen turbulento
Anilina:
N
ℜ
D
e
∗N
anilina
μ anilina
=19380,16 → Régimen turbulento
Se utiliza la analogía de Chilton-Colburn para obtener el coeficiente de transferencia de
calor Jh
H
i 0
H
0
∗D
i
D
e
BTU
hr∗f t
2
∗° F
BTU
hr∗f t
2
∗° F
Se calcula el coeficiente total
U =
H
I 0
∗H
0
H
i 0
+ H
0
BTU
hr∗f t
2
∗° F
BTU
hr∗f t
2
∗° F
BTU
hr∗f t
2
∗° F
BTU
hr∗f t
2
∗° F
BTU
hr∗f t
2
∗° F
Y se calcula el coeficiente de diseño
U
D
− 1
=U
− 1
+R
d
BTU
hr∗f t
2
∗° F
− 1
BTU
hr∗f t
2
∗° F
Se calcula el MLDT
MLDT =
∆ T
2
−∆ T
1
2,3 log
(
∆ T
2
∆ T
1
)
35 ° F −66,8° F
2,3∗log
35 ° F
66,8 ° F
=49,2543 ° F
Se calcula el área
A=
Q
U
D
∗MLDT
BTU
hr
BTU
hr∗f t
2
∗° F
∗49,2543 ° F
=55,15 f t
2
Se obtiene la superficie por pie lineal de la tabla 11 obteniendo
superficie=0,344 i n
2
Y se calcula la longitud requerida
L=
A
S
55,15 f t
2
0,344 i n
2
=160.3224 ft lin
Se tienen horquillas de doble tubo por cada 15ft, es decir, en este sistema se requerirían=
Horquillas=
160.3224 ft lin
= 5 Horquillas
Se requerirían 5 horquillas en serie. Por lo que la longitud real sería de 150ft
b.) Cómo deben arreglarse?
La caída de presión para el flujo caliente se calcula como
D
E
'
=D
2
−D
1
=2,067∈−1,32∈¿ 0,747∈¿ 0,062 ft
R e
'
D
E
'
∗N
tolueno
μ
0,062 ft∗728231,
lb
hr∗f t
2
cP∗2,
lb
ft∗hr
cP
f =0,0035+
0,
s
¿
ρ R
= ρ∗s
¿
62,5lbm
f t
3
lbm
f t
3
∆ Fa=
4 ∗f ∗N tolueno
2
∗L
2 ∗g∗ρ R
2
∗D
E
'
lb
hr∗f t
2
∗ 150 ft )/¿
V =
N
tolueno
3600 ∗ρ R
lb
hr∗f t
2
lbm
f t
3
=3,72 ft
∆ F e=
8 ∗V
2
2 g
( 3,72 ft )
2
ft
s
2
=1,72 ft
∆ P=
( ∆ F a+ ∆ Fe )∗ρ R
=5,45 lb /i n
2
La caída de presión del flujo caliente es permitida según el parámetro de diseño donde
∆ P= 10
lb
i n
2
Para el flujo frío
f =0,0035+
0,
s
¿
ρ R
= ρ∗s
¿
lbm
f t
3
lbm
f t
3
∆ F=
4 ∗f∗N anilina
2
∗L
2 g∗ρ R
2
∗D
lb
hr∗f t
2
2
∗ 150 ft
8
lbm
f t
3
2
∗0,08442 ft
=21,86 ft
∆ P=21,86 ft∗63,
lbm
f t
3
− 1
lb
in
2
La caída de presión del flujo frío es permitida
según el parámetro de diseño donde
∆ P= 10
lb
i n
2
Como el sistema no excede la caída de presión, puede usarse un sistema de
intercambiadores de doble tubo en arreglos en serie-paralelo (Kern, 1991).
c.) ¿Cuál es el factor final de obstrucción?
Con el cálculo final de 5 horquillas y longitud de 150ft se calcula el coeficiente real de
diseño y también la obstrucción real
