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Orientación Universidad
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Ejercicio Intercambiador de calor de tubos concéntricos, Ejercicios de Calor y Transferencia de Masa

Ejercicio resuelto de intercambiador de calor de tubos concéntricos.

Tipo: Ejercicios

2019/2020

Subido el 19/10/2020

JUANDELGADOB123
JUANDELGADOB123 🇨🇴

4.9

(10)

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bg1
TALLER TRANSFERENCIA DE CALOR
Profesor Víctor Fernando Marulanda
Juan Sebastián Delgado Burgos1, 48181012
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
=7000 lb
h
´m
tolueno
=10000 lb
h
T
i
tolueno
=185 ° F
T
ianilina
=100 ° F
T
f
anilina
=150 ° F
L=15 ft
a=0.005
P=10 lb
¿
c
P
tolueno
=0,46 BTU
lb° F
k
tolueno
=0,1 BTU
hrf t
2
° F
μanilina=2,1 cP
c
Panilina
=0,52 BTU
lb° F
k
anilina
=0,085 BTU
hrf 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
2=125° F
Tolueno :
T2=T1W
Q
Q=Wc
P
T =7000 lb
hr 0, 52 BTU
lb° F 50° F =182 000 BTU
hr
T2=185 ° F
182 000 BTU
hr
10000 lb
hr
=16 6,8° F
´
T
tolueno
=185° F +166 ,8° F
2=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.
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¡Descarga Ejercicio Intercambiador de calor de tubos concéntricos y más Ejercicios en PDF de Calor y Transferencia de Masa solo en Docsity!

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

D

e

∗N

tolueno

μ tolueno

=149426,58 → Régimen turbulento

Anilina:

N

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