calculo equipo 2

Manuel de Jesús Córdoba Barradas 89

TANQUES De acuerdo con el estándar API 650, se denomina tanque de almacenamiento a los depósitos verticales para líquidos que operan a presión atmosférica (ó ligeramente mayor) y cuya presión de diseño no rebasa las 20” wc (0.05 kg/cm2). Los depósitos considerados son construidos de placa de acero y pueden ser fabricados en campo ó en taller, dependiendo del tamaño. Los tanques pueden ser abiertos a la atmósfera ó contar con una cúpula. Pueden instalarse sobre el piso ó enterrados. El tanque debe calcularse para que sus paredes (cuerpo) resistan la carga hidrostática del líquido almacenado ó del agua al estar completamente lleno. Por razones de economía, la cúpula del tanque se calcula para presiones de 8 a 10” wc. Manuel de Jesús Córdoba Barradas

90

CUPULA : PRESION

DE DISEÑO 8-10”

WC

CORAZA : PRESION DE

DISEÑO CARGA

HIDROSTATICA DEL LIQUIDO O DEL AGUA

PRESION DE OPERACIÓN : ATMOSFERICA

PARTES PRINCIPALES TANQUE ATMOSFÉRICO


FONDO : PRESION DE DISEÑO

CARGA HIDROSTATICA DEL LIQUIDO O DEL

AGUA

PROCEDIMIENTO DE CALCULO1. Determinar el volumen del líquido a almacenar : Estos tanques son usados como depósitos para las materias primas y productos, el criterio de diseño es el tiempo de almacenamiento.2. Dimensionar el tanque requerido operando a un nivel del 80% y con relación H/T entre 0.75 y 1.25 :

T = Diámetro del tanque (ft) V = Volumen del líquido a almacenar (ft3) H = Altura del tanque (ft)


V = ft 3

T =

4 V (T/H)3

0.8 PI H =

T(H/T)

3. Calcular el espesor de las paredes del tanque : Para líquidos con densidad mayor a la del agua

Para líquidos con densidad menor a la del agua

G = Gravedad específica del líquido CA = Tolerancia a la corrosión (pulg) Sd = Esfuerzo de diseño (psi) th = Espesor de placa (pulg)


th = 2.6 T (H – 1 ) G Sd +

CA

th = 2.6 T (H – 1 ) Sd +

CA

Sd = 2 Fluencia = 3

3 Resistencia 8

4. Calcular el espesor de la cúpula cónica autosoportada del tanque : Máximo O = 37° (pendiente 9 pulg por pie) Mínimo seno O = 0.165 (pendiente de 2 pulg por pie)

th = Espesor de la cúpula (pulg) D = Diámetro nominal del tanque (ft) O = Ángulo de la cúpula (grados) Espesor mínimo = 3/16” Espesor máximo = 1/2” El espesor calculado debe estar entre 3/16” y 1/2”, no se aceptan espesores menores a 3/16”.


th = T 400 sen O

5. Determinar la máxima presión de diseño :

Pmax = Presión máxima de diseño (pulg col agua) W = Peso de la cúpula (lb) El peso de la cúpula se determina con la diferencia de volúmenes de los conos multiplicado por la densidad del material de construcción del tanque.


Pmax =

0.245 W D2 + 8

th

Vc1

Vc2

Vc = Vc1 – Vc2 Vc =

PI3

R2 h

Wc =

Dens * Vc

RECIPIENTES DE PROCESO Los recipientes son los equipos con mayor aplicación en los procesos químicos, debido a la diversidad de funciones que pueden cumplir. Por ejemplo : * Tanques de almacenamiento Cilíndricos horizontales (salchichas) Cilíndricos verticales (balance) Esferas * Separadores Ciclónicos verticales Decantadores horizontales * Tanques flash Deareadores Knock out Vaporizadores * Columnas Destilación Absorción


DIMENSIONAMIENTO DEL RECIPIENTE


Antes de calcular los espesores de la placa con que se fabrica el recipiente, se calculan las dimensiones del tanque basado en las necesidades del proceso.

Vd = 0.4 Va

Va = 0.2

DL - DV

DV

Va = Velocidad permisible del vapor (ft/seg) DL = Densidad del líquido (lb/ft3) DV = Densidad del vapor (lb/ft3)

Vd = Velocidad de diseño del vapor (ft/seg)D = 0.226

Vd DV

MV

D = Diámetro del tanque (pulg)) Mv = Flujo de vapor (lb/hr)

RECIPIENTE A PRESIÓN De acuerdo con el Código ASME Sección VIII, se denomina recipiente a presión a todo contenedor metáli-co generalmente cilíndrico (colocado horizontal ó vertical-mente) ó esférico que opera sometido a presión, ya sea interna ó externa. Las presiones de operación pueden ser mayores ó menores a la atmosférica (vacío). Los contenedores son construidos de placa de acero (ó algún otro metal) y se fabrican en taller. La unión de las placas se hace mediante cordones de soldadura. El recipiente debe calcularse para que sus paredes y cabezas resistan, al menos, la máxima presión alcanzable durante la operación. Esto se logra determinando el espesor de placa que pueda resistir la presión de diseño. Algunos recipientes que manejan sustancias peligrosas requieren se les aplique un tratamiento térmico (general-mente relevado de esfuerzos), para evitar corrosión en las soldaduras.


PRESION DE DISEÑO

* MENOR QUE

ATMOSFERICA (VACÍO) * MAYOR A 0.5

PSIG

CONDICIONES DE DISEÑO

* PRESIÓN * TEMPERATURA

RECIPIENTE A PRESIÓN


HORIZONTAL

VERTICAL

DEFINICIONESPresión de operación. Es la presión desarrollada

por el proceso y a la que el equipo está sometido durante la operación normal.

Presión Máxima de Trabajo Alcanzable (MAWP). Es la presión interna a la que el recipiente está sometido :

a) En condiciones máximas de corrosiónb) A la temperatura de diseñoc) En condiciones normales de operaciónd) Bajo efecto de otras cargas (viento, presión

externa, prueba hidrostática) que son aditivas a la presión interna.

Presión de diseño. Es la presión que se utiliza para el cálculo del espesor del recipiente, generalmente ésta presión es 20% mayor que la MAWP.

Presión de prueba hidrostática. Es la presión a la que se somete el recipiente para certificar que resiste la MAWP y es 1.5 veces la presión de diseño


DEFINICIONESEsfuerzo máximo permisible. Es la máxima carga

(fuerza) por unidad de área que resiste el material de cons-trucción del recipiente. El esfuerzo se determina experimentalmente sometiendo una probeta del mate-rial a un ensayo de tensión.

Eficiencia de la junta. Es la eficiencia con que trabajan las soldaduras de un recipiente. Esta depende del proceso de soldadura utilizado en la fabricación del recipiente.

Temperatura de diseño. Es la temperatura que se utiliza para calcular el espesor del recipiente.La importancia que tiene la temperatura de diseño radica en que los aceros reducen sus propiedades mecánicas conforme se incrementa la temperatura.

Propiedades mecánicas del material de construcción. Son la carga de Fluencia (esfuerzo al que el material se deforma irreversiblemente) y la Resistencia máxima, determinadas en un ensayo de tensión.


ESFUERZOS EN CUERPOS CILÍNDRICOS


S1 =

P D4 t

S2 =

P D2 t

Junta longitudin

al

Junta circunferenci

al

S1 = Esfuerzo longitudinal (psi) S2 = Esfuerzo circunferencial (psi) P = Presión interna ó externa (psi) D = Diámetro promedio (pulg) t = Espesor de la coraza (pulg), no incluye tolerancia a la corrosión

S2

S1

p

p

D

t

CÁLCULO DE ESPESORES CON PRESIÓN INTERNA


t = P RSE – 0.6P

Coraza cilíndrica

Cabezas esférica y semiesférica

p

R

tP = S E t

R + 0.6t1. Generalmente gobierna el esfuerzo en

soldaduras longitudinales 2. Cuando el espesor calculado excede la

mitad del radio ó P excede 0.385 SE, se aplica otra fórmula

t = P R2SE –

0.2PP = 2 S E t

R + 0.2t1. Para cabezas soldadas use la menor

eficiencia de soldadura (coraza ó cabezas) 2. Cuando el espesor calculado excede 0.356

R ó P excede 0.665 SE, se aplica otra fórmula

p

tR



t = P D2SE - 0.2P

Cono y sección cónica

P = 2 S E tD + 0.2t

1. Para cabezas elípticas donde la relación del eje mayor y el menor es diferente a 2:1, se aplica otra fórmula

t = P D2 cos a (SE -

0.6P)P = 2 S E t cos a

D + 1.2 t cos a1. Para ángulos mayores a 30°, se requiere un

análisis especial y se aplica otra fórmula

p

tD

Cabeza elíptica 2:1

p

tDa



t = 0.885 P LSE - 0.1P

Cabeza toriesférica

Para L/r = 16 2/3

P = S E t0.885L+0.

1t

p

tDL

r

Para L/r menor a 16 2/3

t = P L M2SE -2 P

P = 2 S E tML + 0.2t

A los espesores calculados se les suma la tolerancia a la corrosión (CA)



SimbologíaP = Presión de diseño ó MAWP (psi)S = Esfuerzo de diseño del material (psi)E = Eficiencia de la soldaduraR = Radio interno (pulg)D = Diámetro interno (pulg)t = Espesor de pared (pulg)a = Ángulo de la pared del conoL = Radio interno mayor de cabeza toriesférica (pulg)r = Radio interno de curvatura de cabeza toriesférica (pulg)M = Factor de cabeza toriesférica (ver tabla)C A = Tolerancia a la corrosión (pulg)



t = 0.885 P LSE +

0.8P

Cabeza toriesférica

Para L/r = 16 2/3

P = S E t0.885L-

0.8t

p

tDL

r

Para L/r menor a 16 2/3

t = P L M2SE + P(M-

0.2)P = 2 S E t

ML-t(M-0.2)


De acuerdo con el Estándar API-520-RP, se denomina dispositivo de relevo de presión a: Válvula de relevo. Dispositivo mecánico accionado por la presión estática corriente arriba, que abre en proporción al incremento de presión sobre la presión de apertura. Es usado para sistemas que manejan líquidos. Válvula de seguridad. Dispositivo mecánico accionado por la presión estática corriente arriba, de apertura rápida inmediata (acción pop) cuando la presión rebasa la presión de apertura. Es usado para sistemas que manejan gases, vapor y aire. Válvula de seguridad y relevo. Es aquella que puede usarse para líquidos, gases, vapor y aire.

Válvula de relevo de presión. Término genérico aplicado a las válvulas de seguridad y relevo.

DISPOSITIVOS DE RELEVO DE PRESIÓN


Disco de ruptura. Diafragma metálico delgado sostenido entre bridas que rompe a una presión determinada. El espesor del disco depende de la presión de ruptura. Máxima presión de trabajo permisible. Es la máxima presión a la que el recipiente puede operar, combinando el efecto de la temperatura, de acuerdo al código. Esta es la máxima presión a la que puede ser calibrada la válvula de seguridad. Acumulación. Es el incremento de presión alcanzado en el recipiente sobre la máxima presión de trabajo permisible, durante la descarga. Se expresa en porcentaje. Sobrepresión. Es el incremento de presión del recipiente sobre la presión de ajuste de la válvula, experimentado durante la descarga. Se expresa en porcentaje. Cuando la presión de ajuste es igual a la MAWP, la acumulación y la sobrepresión son iguales Presión de ajuste. Es aquella a la cual el dispositivo es calibrado para abrir.


Presión de operación. Es aquella a la cual el recipiente opera bajo condiciones normales. Esta presión siempre debe ser menor a la presión de ajuste y a la MAPW. Presión de relevo. Es la presión que alcanza el recipiente durante la descarga de la válvula. Presión de prueba en frío. Es la presión a la que se prepara la válvula para actuar en un banco de prueba. Esta presión incluye los factores de corrección para compensar las condiciones reales de operación. Contrapresión. Es la presión estática que existe en la salida del dispositivo de relevo de presión, debida a la presión del sistema donde descarga.

Capacidad. La capacidad de los dispositivos de relevo se refleja en el área de descarga ó tamaño de orificio. Los tamaños de válvula están relacionados con el tamaño y designación del orificio.


CAPACIDAD

W = C KD AD P MZ T

C = 520 2( k +

1 )

k( k - 1 )( k + 1 )

k =Cv

Cp

W = Flujo a través de la válvula ( lb/hr )KD = Coeficiente de descargaAD = Área de descarga ( pulg2 )P = Presión corriente arriba ( psia )M = Peso molecular del gas ó vaporT = Temperatura de entrada ( °R )Z = Factor de compresibilidad

Descarga libre


FACTOR DE COMPRESIBILIDAD ( Z )

Pc = Presión crítica ( psia )Tc = Temperatura crítica (°R)ω = Factor acéntrico

Correlaciones de Pitzer

Pr = Presión reducidaTr = Temperatura reducida

Z = 1 +

B PR T

= 1 +

B PcR Tc

PrTr

B PcR Tc

= B0 + ω B1

B0 = 0.083 -

B1 = 0.139 -

0.422Tr1.6

0.172Tr4.2

Tr =

Pr =

PPc

TTc


Con presión de oposición mayores que la Pc del fluídoBoquillas

W = 735 F2 KD AD

M P1 ( P1 - P2 ) Z T

F2 =

1 - rk

( k +

1 )

1 - r k( k - 1 )

r2 k

P1

P2r =

=

k( k - 1 )2

( k +

1 )P1

Pc

Pc = Presión crítica del fluído ( psia )P1 = Presión de descarga ( psia )P2 = Presión de oposición ( psia)


Dimensionamiento para relevo de gases ó vapor

AD = C K P1 Kb M

W T ZAD = 1.175 C K P1

Kb

V T Z G

AD = 6.32 C K P1 Kb

V T Z M

K = 0.975 V = Flujo de gas en scfm ( 14.7 psia y 60°F )

Dimensionamiento para relevo de líquidos

Kb =

735 F2 C

1 - r

AD = 38 K Kp Kw

Kμ

Q G1.25 ( P1 – P2 )

K = 0.62 Kw = 1.0 Kp = 1.0 Kμ = 1.0 Q = Flujo de líquido ( GPM )


Dimensionamiento para casos de fuegoAbsorción de calor

q = 21000 F AH

0.82q = Calor absorbido ( BTU/hr ) F = Factor ambientalAH = Área húmeda ( ft2 ) medida a una altura máxima de 25 ft

Tabla de factor ambiental Fa) Recipiente desnudo................................................ 1.00b) Recipiente aislado b.1) Conductividad 4 BTU/hr ft2 °F............................. 0.30 b.2) Conductividad 2 BTU/hr ft2 °F............................. 0.15 b.3) Conductividad 1 BTU/hr ft2 °F............................. 0.075c) Recipientes con sistemas de drenado

automático............... 1.00d) Recipientes con sistemas de diluvio

automático................. 1.00e) Recipientes subterráneos......................................... 0.00f) Recipientes enterrados........................................... 0.03


Tamaño de válvulas según estándar API-526Designación

de orificioArea efectiva

( pulg2)Entrada ( pulg )

Salida ( pulg )

Entrada (rating)

Salida (rating)

D 0.110 111

1.1/21.1/21.1/2

22222

2.1/2

150#300#600#900#

1500#2500#

150#150#150#300#300#300#

E 0.196 111

1.1/21.1/21.1/2

22222

2.1/2

150#300#600#900#

1500#2500#

150#150#150#300#300#300#

F 0.307 1.1/21.1/21.1/21.1/21.1/21.1/2

222

2.1/22.1/22.1/2

150#300#600#900#

1500#2500#

150#150#150#300#300#300#





Salida ( pulg )

Entrada (rating)

Salida (rating)

G 0.503 1.1/21.1/21.1/21.1/2

22

2.1/22.1/22.1/22.1/2

33

150#300#600#900#

1500#2500#

150#150#150#300#300#300#

H 0.785 1.1/21.1/2

222

33333

150#300#600#900#

1500#

150#150#150#150#300#

J 1.287 22

2.1/22.1/21.1/2

33444

150#300#600#900#

1500#

150#150#150#150#300#





Salida ( pulg )

Entrada (rating)

Salida (rating)

K 1.838 33333

44466

150#300#600#900#

1500#

150#150#150#150#300#

L 2.853 33444

44666

150#300#600#900#

1500#

150#150#150#150#150#

M 3.60 4444

6666

150#300#600#900#

150#150#150#150#





Salida ( pulg )

Entrada (rating)

Salida (rating)

N 4.34 4444

6666

150#300#600#900#

150#150#150#150#

P 6.38 4444

6666

150#300#600#900#

150#150#150#150#

Q 11.05 666

888

150#300#600#

150#150#150#





Salida ( pulg )

Entrada (rating)

Salida (rating)

R 16.0 6666

88

1010

150#300#300#600#

150#150#150#150#

T 26.0 6666

88

1010

150#300#300#600#

150#150#150#150#

DISPOSITIVOS DE VENTEO El estándar API 2000 indica que los tanques atmosféricos de almacenamiento de líquidos en su operación generan movimiento de la fase gaseosa, similar al proceso de respiración.

Los líquidos almacenado pueden ser: inflamables (FP<38°C) ó combustibles (FP>38°C). FP = Flash point (Temperatura a la cual el líquido empieza a generar vapores). Cuando se almacenan líquidos no volátiles, el tanque puede tener un venteo directo (cuello de ganso). Si se almacenan líquidos volátiles ó inflamables, se debe eliminar el cuello de ganso (no puede haber venteo directo) para reducir las pérdidas y evitar formación de mezclas explosivas. Los dispositivos utilizados para el venteo de tanques son : * Arrestaflamas * Válvulas de venteo presión/vacío * Venteos de emergencia

Los primeros son utilizados para evitar la propagación de flama al interior del tanque. Los últimos, eliminan la presión del tanque debida al calentamiento por fuego externo.


SALIDA DE AIRE O GAS

INERTE

INCREMENTO DE LA PRESION INTERNA

LLENADO

PROCESO DE RESPIRACION EN TANQUE ATMOSFERICO

VACIADO

REDUCCION DE LA PRESION

INTERNA

ENTRADA DE LIQUIDO AL

TANQUE

SALIDA DE LIQUIDO

DEL TANQUE

ENTRADA DE AIRE O

GAS INERTE

SUBE EL NIVEL DE LIQUIDO

BAJA EL NIVEL DE LIQUIDO



REQUERIMIENTOS DE VENTEO NORMALPRESIÓNa) Máximo flujo de llenado y máxima vaporizaciónb) Expansión y máxima vaporización debida al

calentamiento ambiental

VACÍOa) Máximo flujo de vaciadob) Contracción de vapores debida a enfriamiento

ambiental súbito

REQUERIMIENTOS DE VENTEO DE EMERGENCIAPRESIÓNa) Expansión y vaporización debida a la exposición

al fuego


Capacidad del venteo de presión

Combustibles FP>38°C

12 ft3 std aire libre

barril de flujohr

hr =2.14 m3 std aire libre

m3 de flujohr

hr =17.14 ft3 std aire libre

GPM de flujohr

Inflamables FP<38°C


barril de flujohr


m3 de flujohr


GPM de flujohr


Calentamiento ambientalInflamables FP<38°CTanques > 20,000 barriles (840,000 Gal)

2 ft3 std aire libreft2 de área total

hr Área total = área de coraza + área de cúpula

Tanques < 20,000 barriles (840,000 Gal)1 ft3 std aire libre

barril

hr =1 ft3 std aire libre

42 gal

hr

Combustibles FP>38°C60 % del requerimiento de venteo de los inflamables


Capacidad del venteo de vacío5.6 ft3 std aire libre

barril de flujohr


m3 de flujohr


GPM de flujohr

Calentamiento ambientalTanques > 20,000 barriles (840,000 Gal)

2 ft3 std aire libreft2 de área total

hr Área total = área de coraza + área de cúpula

Tanques < 20,000 barriles (840,000 Gal)


barril

hr =1 ft3 std aire libre

42 gal

hr

VENTEO DE EMERGENCIA DE AIRE O GAS INERTE

ALTERNATIVA : SOLDADURA FRAGIL EN LA UNION DE LA CÚPULA Y LA

CORAZAINCREMENTO EXAGERADO

DE LA PRESION INTERNA

DEBIDO A LA VAPORIZACION DEL LIQUIDO

TANQUE ATMOSFERICO EXPUESTO A FUEGO EXTERNO



VENTEO DE EMERGENCIAAbsorción de calor20 < AH < 200 ft2

200 < AH < 1000 ft2

1000 < AH < 2800 ft2

AH > 2800 ft2

Q = 20000 AH

Q = 199300 AH0.566

Q = 963400 AH0.388

Q = 21000 AH0.82

Capacidad

L Mscfh =

70.5 Q

Q = Calor absorbido (BTU/hr)L = Calor latente de vaporización (BTU/lb)M = Peso molecular


D

h

D

hg

AREA LATERAL

AL = 2

Π D g

AL = Π D h


Son aquellos equipos que permiten el intercambio de energía entre dos fluídos, sin que tengan contacto directo. Los fluídos pueden ser corrientes del proceso ó servicios auxiliares.

El diseño y construcción de los cambiadores de calor está regulado por los estándares de TEMA (Asociación de Fabricantes de Intercambiadores Tubulares)

Los cambiadores de calor se clasifican en tres tipos dependiendo de la aplicación : * Clase R para Refinerías y Plantas Petroquímicas * Clase C para procesos comerciales y generales * Clase B para servicio en procesos Químicos

CAMBIADORES DE CALOR


El TEMA designa a los cambiadores en base a la combinación de tres parte principales : * Cabezal frontal * Coraza * Cabezal posterior

El tamaño del cambiador está definido por : * Diámetro interno de la coraza * Longitud de los tubos

La especificación general de un cambiador de calor, está dada por : * Tipo de cambiador (R, C, B) * Designación (ej. AES, BEM) * Tamaño (19” Diam x 12’ Long)

PARTES PRINCIPALES


PARTES PRINCIPALES

Designación del cambiador

Tipo de cabezal frontal

Tipo de coraza

Tipo de cabezal posterior

CABEZAL FRONTAL

CABEZAL POSTERIO

RCORAZ

A

Diámetro

interno

Longitud de tubos

Tamaño del

cambiador

Diámetro interno de la coraza

Longitud de tubos


Existen diferentes tipos de arreglo de tubos (Pitch) en los espejos del cambiador de calor :

ARREGLO DE TUBOS

30° Triangula

r

60° Triangular rotado

45° Rómbico

90° Cuadrad

o

DEFLECTORES (BAFFLES) Su función es generar turbulencia en el fluido del lado coraza, provocando cambios de dirección

El Pitch cuadrado facilita la limpieza mecánica del equipo.


* Segmental * Doble segmental * Triple segmental

TIPOS DE BAFFLES

ORIENTACIÓN DEL CORTE EN BAFFLES Ejemplo para baffle Segmental

Horizontal

Vertical Rotado

La punta de la flecha indica el espacio libre por donde pasa el fluido por el lado de la coraza


TIPO DE OPERACIÓNPARALELO CONTRACORRIENTE

T1 T1 T2T2t1 t1

t2t2

T1

T2

t1

t2

T1

T2

t1

t2

ΔT1 = T1 – t1 ΔT2 = T2 – t2 ΔT1 = T1 – t2 ΔT2 = T2 – t1

ΔT1 - ΔT2

ln ΔT1 / ΔT2

LMTD =


ECUACIÓN DE DISEÑO Q = U A LMTDCARGA TÉRMICAFLUJOS EN PARALELO

Q = mc Cpc (Tc1-Tc2) = mf Cpf (Tf2- Tf1)FLUJOS EN CONTRACORRIENTE

Q = mc Cpc (Tc1-Tc2) = mf Cpf (Tf1- Tf2)MÁXIMA CARGA TÉRMICA TRANSFERIBLE Q = mmin Cpmin (Tc1-Tf1)

ECUACIÓN DE DISEÑO MODIFICADA Q = U A Є CMTDЄ = eficiencia del intercambiadorCMTD = LMTD corregida CMTD = F x LMTD


CORRECCIÓN DE LA LMTDAprovechamiento del

potencial de temperatura

No de pasos por tubos

No de pasos por coraza

Intercambiador de 1 paso por coraza y 2 pasos por tubos

Tce - TcsTts - TteR

=Tts - TteTce - TteS

=

F =R2 + 1 1 - S

1 - RSln

2 – S(R + 1 +

R2 + 1)2 – S(R + 1 - R2 + 1)

( R – 1 ) ln

Intercambiador de 2 pasos por coraza y 4 pasos por tubos

2 – S(R + 1 +

2 ( R – 1 )F =

R2 + 1 1 - S1 - RS

ln

R2 + 1

( 1 – S )( 1 – RS ) +- 1 – R + R2 + 1ln

2 S

2 S2 S

2 S - 1 – R + ( 1 – S )( 1 – RS ) -

EFICIENCIAFlujos en paralelo

ε =

1- e - NUT (1 + C*)

1 + C*

ε =

1- e- NUTC* = 0

C* = 1 ε =

1- e-2NUT

2

Flujos en contracorriente

1- C* e- NUT (1 + C*)ε =

1- e - NUT (1 + C*) ε =

1- e- NUTC* = 0

C* = 1 ε =

NUT

1 + NUT

Cambio de faseε = 100%

C* = 0

C* = 1 ε = 50%



COEFICIENTE GLOBAL DE TRANSFERENCIASuperficies limpias

Uo =1 ro ln (ro/ri)

2 Π k + ro hi

ri+h

o

1Basado en área externa del tubo

Ui =1 ri ln (ro/ri)

2 Π k+ ro ho

ri+hi

1Basado en área interna del tubo

Superficies suciasUo =

1 ro ln (ro/ri)2 Π k + ro hi

ri+h

o

1

++ RiRo

Ui =1 ri ln (ro/ri)

2 Π k+ ro ho

ri+hi

1

++ RiRo

UoAo = UiAi= UA


COEFICIENTES DE PELICULAIntercambiadores de doble tuboInterno (lado tubos) flujo laminar (Re<2100) sin cambio de fase

hi Dk

= 1.86

D G1/3

Dµ

Cp µ k L µ

w

µ 0.14 =

1.86

4 w Cp 1/3

µw

µ 0.14Π k L

Interno (lado tubos) flujo turbulento (Re>2100) sin cambio de fase

hi Dk

= 0.027

D G1/3

µCp µ k µ

w

µ 0.14

0.8

hi Dk

jH =-1/3

Cp µ k µ

w

µ -0.14

En ánuloshi ri

ro

hio =


COEFICIENTES DE PELICULAIntercambiadores de doble tuboExterno

ho= jH

k1/3

De

Cp µ k µ

w

µ -0.14= k

Ho Do-1/3Cp

µ kk

1/3

De

Cp µ k

COEFICIENTE GLOBALIntercambiadores de doble tubo

hio hoUc = hio +

ho

1UD

=UC + RD

1


ho= jH

kDe

Øc

1/3Cp µ k

Intercambiadores de tubo y coraza

Coeficiente de película externo

0.55De Gc

µw

µ 0.14= 0.36k

ho De1/3Cp

µ kµ

Coeficiente de película interno

µw

µ 0.14 2360 (Sg ΔPt) Cp k0.33

µ

0.44 0.67

0.54hi =


Intercambiadores tipo soloaire

Coeficiente de película interno

0.76 k 2

µ W

3 1/3

( hi )c =

Di ρ g 2 n L Di

Condensación

Enfriamiento

0.0225 kµ

0.8( hi )e = k Di

Di G Cp µ0.4

Coeficiente de película aletas

nΔP

0.343 207.6 ρ Cp k0.33

µ

0.343

0.67

0.356

hf =

12

Dt 0.41


Banco de tubosEcuación de Colburn (flujo turbulento)

ho= jH

k1/3

De

Cp µ k

0.6Dt Gµ

µw

µ 0.14-2/3Cp µ k

hp= 0.53 Cp Gp

-0.44Dp Gpµ

µw

µ 0.14-2/3Cp µ k

hb= 0.27 Cp Gv

-0.44Dv Gvµ

Ecuación de Colburn (flujo laminar)

µw

µ 0.14-2/3Cp µ k

hp= 1.47 Cp Gp

-0.62Dp Gpµ

µw

µ 0.14-2/3Cp µ k

hb= 0.74 Cp Gv

-0.62Dv Gvµ


TEMPERATURAS DE PARED DEL TUBOFluído caliente fuera de los tubos

tw = ti +

( To – ti )ho

hio + ho

tw = To - ( To – ti )hi

ohio + ho

Fluído caliente dentro de los tubos

tw = ti +

( To – ti )hi

ohio + ho

tw = To - ( To – ti )ho

hio + ho


CAÍDA DE PRESIÓNIntercambiadores de doble tuboTubo interno Ánulo

ΔP (psi) = 72 g ρ

D

f G2 L ΔP (psi) = g ρ2

De

2 f G2

L + 144

2g

v2 ρ

Intercambiadores de doble tuboSin cambio de faseCoraza

ΔP (psi) = 2 g ρ De

Øc

f G2 Dc (n +

1) =f G2 Dc (n +

1) 5.22 x 1010 De Sg

Øc Tubos

ΔP (psi) =

f Gt2 L n

5.22 x 1010 De Sg

Øt

+ 4 n

v22 g

Sg

calculo equipo 2

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