Intercambiadores de doble tubo

                                                                    Ingeniería Química: Diseño de Intercambiadores de calor de doble tubo[pic 1][pic 2][pic 3][pic 4]

              UNIDAD I: INTERCAMBIADORES DE CALOR

1.6. Intercambiadores de doble tubo

1.6.1. Descripción del equipo.-

• Intercambiador más simple
• Tubos concéntricos
• Se utiliza para calentamiento ó enfriamiento de fluidos
• Movimiento del fluido en el interior y entre el espacio anular
• El fluido puede circular en paralelo ó a contracorriente
• Está adaptado de conexiones en los extremos ó con varios pares interconectados en serie
• Cuando se arregla en dos pasos, la unidad se llama horquilla
• Util a velocidades bajas de flujo
• “La longitud efectiva” es de 12, 15 ó 20 ft.
• Se utiliza en áreas de superficie de transferencia máxima de 200 ft2
• Se permite para el diseño de 5 a 10 psia de caída de presión
• Los diámetros más utilizados son (plg):  2 x 11/4, 21/2 x 11/4, 3 x 2, 4 x 3
• Los tubos pueden estar con ó sin aletas.
• Las aletas son de diferentes formas

Ventajas y Desventajas.-

• Su construcción es de bajo costo
• Fácil construcción e instalación
• Requiere considerable espacio
• Su desventaja es la limpieza
• Muchos puntos de fugas posibles

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                          INTERCAMBIADOR DE DOBLE TUBO

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                      TIPOS DE TUBOS Y PLACAS ALETADAS

1.6.2. Ecuaciones de  diseño.-

• q=UiAi(ΔT)m  = UoAo(ΔT)m

• (ΔT)m= LMTD= (ΔT2 - ΔT1)/ln(ΔT2 / ΔT1)

• q= miCpi(Ti2 – Ti1) = moCpo(To1 – To2)

• Ai= 2πriL  y  Ao= 2πroL

El diseño se hace de acuerdo a diversas normas y códigos tales como:

• TEMA: Tubular exchanger Manufacturers Association
• ASME-API: Unifired Pressure Vessel Code

        El diseño final  es casi siempre un compromiso basado en el criterio de Ingeniería y algunas veces se basa en el espacio disponible más que con la transmisión de calor.

1.6.3.- Secuencia de Cálculo.-

     En el diseño de intercambiadores de calor es necesario proponer un intercambiador para determinarle la longitud requerida para la transferencia de calor y la caída de presión que justifique el sistema de bombeo.

 Propuesta del intercambiador

1.- Definir las condiciones del proceso  (velocidad de flujo, temperatura inicial y final, presión y composición de la corriente principal, Temperatura inicial del otro fluido).

2.- Suponer temperaturas de salida del otro fluido (T2) para determinar la LMTD en paralelo y a contracorriente en cada caso así como la masa requerida del otro fluido.  En base al análisis de la masa del fluido consumida y de la mayor fuerza impulsora  presentada seleccionar la temperatura de salida y la forma de trabajar del sistema.

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[pic 19]

LMTD= (ΔT2- ΔT1)/Ln(ΔT2/ ΔT1)

Mediante un balance de energía:

       mA CpA(t2-t1) = mBCpB(T1-T2)

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           mB = mA CpA(t2-t1)/ CpB(T1-T2)

Nota: Selección del sistema en paralelo ó a contracorriente

• El sistema que tenga la mayor LMTD

3.- Suponer los diámetros de la tubería de acuerdo a la siguiente tabla:

DE = Diámetro equivalente para la transferencia de calor

D’E= Diámetro equivalente para la caída de presión

4.- Selección del fluido que va en el tubo interior y ánulo

• Se expedita estableciendo los tamaños relativos de áreas de flujo para ambas corrientes
• La decisión depende en el arreglo que produzca la velocidad de masa y caída de presión casi iguales.

Cálculo de la longitud requerida para la transferencia de calor

   De acuerdo a la ecuación de diseño:

                         L= A0/πD0  y   A0=q/U0(ΔTm)

1.- Cálculo del calor requerido (q) sin cambio de fase: q = mCp(T2-T1) y con cambio de fase: q = mλ.

2.- Calculo del coeficiente global de transferencia Uid ó Uod

• Ecuaciones[pic 21][pic 22]

Nota.- Para el diseño se ha encontrado que Rdi= 0.001 hrft2ºF/Btu ó Rdo=0.0015 htf2ºF/Btu             

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