metodo bell
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Seminario 5
Diseño de cambiadores de calor de carcasa y tubos
Caminos y fugas del fluido en carcasa
B.- Método de Bell
B.- Método de Bell-Método más riguroso que el anterior. -Tiene en cuenta todas las corrientes que se dan en la
carcasa → Introduciendo coeficientes de corrección.
Corriente principal BCorrientes secundarias:
Corriente de goteo: holgura tubo-placa deflectora ACorriente debida a la holgura entre placa deflectora y carcasa ECorriente debida a la holgura entre el haz de tubos y la carcasa CCorriente debida a la falta de tubos F
B.- Método de Bell
hs = hoc·Fn·Fw·Fb·FL
Ftotal = Fn·Fw·Fb·FL = 0.6 - 0.9
hoc = coef. De TQ calculado para flujo cruzado ideal en una bancada, sin fugas ni by-pass
14.0
S
3/1h
ooc ··Re·Prjk
d·h⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
μμ
donde: Re=Gsd0/μdo: diámetro exterior de tubosGs: densidad de flujo (según Kern)
(12.28)
Coeficiente de transmisión de calor en la sección de flujo cruzado en la carcasa de un intercambiador de calor
Re
jh
Factor de transmisión de calor jh,
Fn = f(Ncv)
Fn: factor de corrección de fila central
Ncv = Nº de filas de tubos entre los extremos de las placas deflectoras
Reg. Turbulento (Re > 2000) → Fn de la gráfica12.32 FnvsNcv
Reg. Transición (100 <Re<2000) → Fn = 1Reg. Laminar (Re<100) → Fn ∝ (N’c)-0.18
N’c: nº de filas atravesadas de extremo a extremo de la carcasa (ver bibliografía específica)
Ncv
Fn
Fn = f(Ncv)
Fn: factor de corrección de fila central
Figura 12.32 Factor de corrección filas de tubos Fn
Fn: factor de corrección de fila central
Ncv = Nº de filas de tubos entre los extremos de las placas deflectoras
Ncv =(Db – 2Hb)/P’tDonde:
Db = diámetro bancadaHb = altura desde el corte de la placa hasta Db
P’t = paso de tubo vertical= Pt para cuadrada= 0.87·Pt para triangular equilátera
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ −−= CS
Sbb BDDDH
22 Bc, corte de placa deflectoraHc=DsBc
Fw: factor de corrección de ventana
Fw = f(área de TQ en la ventana, área total de TQ)
AwZona de ventana
Zona de ventana
Fw: factor de corrección de ventana
Fw = f(área de TQ en la ventana, área total de TQ)→ Fw vs Rw
Rw
FW
Figura 12.33 factor de corrección de ventana
Fw: factor de corrección de ventana
Nw = Nt ·R’a
totalestubosºnatanvenentubosºn
NN·2R
t
ww ==
=f(corte placa)
totaláreaatanvenárea
'R a =
Corte de placa defectora
R´aR a
θb
Figura 12.41
Fb: factor de corrección del by-pass(flujo entre la carcasa y el haz de tubos)
Flujo entre la carcasay el haz
Fb: factor de corrección del by-pass(flujo entre la carcasa y el haz de tubos)Fb =f(holgura entre carcasa y bancada y tiras de cierre)
Sin tiras de cierre → Fig.12.34 Coulson → Fb vs Ab/As
Ab = área de holgura entre bancada y carcasaAs = área máxima para el flujo
Fb
Ab/As
Fig. 12.34
Fb: factor de corrección de los by-pass
Con tiras de cierre ec 12.30
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡−−= ))/2(1(exp 3/1
cvss
bb NN
AAF α
α=1,5 para Re< 100α=1,35 para Re > 100Ab = área de holgura entre bancada y carcasaAs = área máxima para el flujoNs= Nº de filas de tiras de cierre en la zona de flujo cruzado Ncv = Nºde filas de tubos entre los extremos de las placas deflectoras
bbs lDD )( −=
FL: factor de corrección de goteo entre el tubo y la placa deflectora y la placa deflectora y la carcasa
AsbAtb
FL: factor de corrección de goteo entre el tubo y la placa deflectora y la placa deflectora y la carcasa
( )[ ]LsbtbLL AAAF /21 +−= β
βL factor tomado de la fig. 12.35
Atb área de la holgura entre el tubo y la placa deflectora
( )wtt
tb NNdCA −=2
0π
Ct holgura entre el tubo y la placa deflectora, aprox.0,8 mmAsb área de la holgura entre la carcasa y la placa deflectora
( )bss
sbDCA θπ −= 22
AL= área total de la desviaciones= Atb+Asb
Cs aprox. 4,8 mm
βL
AL/As(Fig 12.35)
(θb figura 12.41)
Nw = Nt ·R’a
10.Calcular (-ΔP)
10.1 En los tubos
Tubo recto Forma: entrada/salida ...
2u··5.2·
dL·j·8N)P(
2t
m
wifp ρ
μμ
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡+⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=Δ−
− Np= nº pasos por los tubosm = 0.25 para Re < 2100m = 0.14 para Re > 2100
jf
10.2 En carcasa: Método de Bell
wbcbes PNPNPP Δ+Δ−+Δ=Δ )1(2
ΔPc Caída de presión en la zona de flujo cruzado
ΔPw Caída de presión en la zona de ventana
DPe Caída de presión en la zona final
-M. de Bell: ΔPc Caída de presión en la zona de flujo cruzado
(-ΔPc) caída de presión en las zonas de flujo transversal corregidacon las corrientes de de bypass y goteo
(-ΔPc)ideal caída de presión calculada para una bancadade tubos sin corrientes secundarias
F’b factor de corrección de corrientes secundarias
F’L factor de corrección de corrientes secundarias
-(-ΔPc) = (-ΔPc)ideal·F’b·F’L
- ΔPc Caída de presión en la zona de flujo cruzado
0.142·( ) 8· · · ·2
sc ideal f cv
w
uP j N ρ μμ
−⎛ ⎞
−Δ = ⎜ ⎟⎝ ⎠ (12.33)
jf
Re
Factor de fricción para bancadas de tubos con flujo transversal
Ncv = Nº de filas de tubos entre los extremos de las placas deflectoras
- Δ Pc Caída de presión en la zona de flujo cruzado
F’b: factor de corrección por by-pass → Fig. 12.37
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡−−= ))/2(1(exp´ 3/1
cvss
bb NN
AAF α
α=5 para Re< 100α=4 para Re > 100
Sin tiras de cierre
F´b
Ab/AsFig 12.37
- Δ Pc Caída de presión en la zona de flujo cruzado
F’L: factor de corrección por goteo→ Fig. 12.38
( )[ ]LsbtbLL AAAF /2´1 +−= β β´L
AL/As
AL= área total de la desviaciones= Atb+Asb
Asb área de la holgura entre la carcasa y la placa deflectoraAtb área de la holgura entre el tubo y la placa deflectora
ΔPw Caída de presión en la zona de ventana
2)6,02(´
2z
wvLWuNFP ρ
+=Δ
swz uuu =
uw velocidad zona ventana ρ/w
sw A
Wu =
Ws flujo másico del lado de la carcasaNwv nº de restricciones para el flujo en la zona de ventana, es el nº de filas de tubos
)4
()4
(20
2 dNR
DA wa
sw
ππ−=
´t
bwv P
HN =
Δ Pe Caída de presión en la zona final
( )[ ] bcvcvwvie FNNNPP ´/+Δ=Δ
Caída de presión total
wbcbes PNPNPP Δ+Δ−+Δ=Δ )1(2
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡−= 1
Bb l
LN
10.3 En las acometidas
Entrada → Hasta 1.5
Salida → 0.5
2u· 2ρ
2u· 2ρ
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