DISEÑO DE PROCESOS II
Diseño de tanques enchaquetados:
En la literatura se dispone de pocos datos para predecir los coefcientes dentro de una chaqueta o entre la chaqueta y un líquido contenido en un recipiente cilíndrico vertical en el que no se cuenta con agitación ec!nica" Durante el calentaiento el #enóeno de e$cla depende de la convección li%re" &os coefcientes para calentaiento en convección li%re pueden apro'iarse para recipientes de gran di!etro ediante las ecuaciones ()* y (+*"
Donde, -t es la di#erencia de teperatura entre la superfcie caliente y el .uido #río en /0 y do es el di!etro e'terior e'terior en pulgadas" pulgadas" El coefciente de trans#erencia de calor viene dado por,
Donde, Rio1 Ro, Resistencias a la trans#erencia de calor de la película del .uido interno cuan cuando do est! est! re#e re#eri rido do al di! di!etr etro o e'te e'teri rior or del del tu%o tu%o y del del .uid .uido o e'te e'tern rno1 o1 espectivaente" hio1 ho, Coefcientes de trans#erencia de calor para el .uido e'terior y para el .uido interno cuando est! re#erido al di!etro e'terior del tu%o"
Donde, "hi, Coefciente de trans#erencia de calor para el .uido interior" 2i , 2rea de trans#erencia de calor o superfcie interna de tu%ería" 2 , 2rea de trans#erencia de calor o superfcie e'terna de tu%ería" DI1 DE, Di!etro interno y e'terno de la tu%ería 1 respectivaente" 324RIE& CO56RER2S 72R2782
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DISEÑO DE PROCESOS II
Cuando 8 ha sido o%tenida de los valores de hio y ho1 y 9 y -t son calculadas de las condiciones del proceso1 la superfcie 2 requerida puede ser coputada" El c!lculo de 2 se conoce coo de dise:o" Cuando los aparatos de trans#erencia de calor han estado en servicio durante alg;n tiepo1 se les depositan incrustaciones y %asura en la parte interior y e'terior de las tu%erías1 a:adiendo dos resistencias as de las que #ueron incluidas en el c!lculo de 8 por la ecuación" &a resistencia adicional reduce el valor original de 8 y la cantidad requerida de calor ya no se transfere por la superfcie original 2< la teperatura de salida del .uido caliente auenta y la teperatura de salida del .uido #río disinuye respecto a las teperaturas de salida deseadas1 a;n cuando hi y hio se antienen sustancialente constantes" Para o%viar =sta eventualidad1 es costu%re dise:ar el equipo anticipando la depositación de las %asuras e incrustaciones1 introduciendo una resistencia Rd llaada #actor de %asura1 incrustación o de o%strucción" Supóngase Rdi el #actor de o%strucción para el .uido del tu%o interior a su di!etro interior1 y Rdo el #actor de o%strucción para el .uido del tu%o e'terno en el di!etro e'terior del tu%o interior" Estos #actores pueden ser considerados uy delgados para lodos1 pero aprecia%leente gruesos para incrustaciones1 que tienen conductividad t=rica ayor que los lodos" El valor de 8 o%tenido de la ecuación ;nicaente a partir de )>hio y )>ho puede considerarse coo coefciente total lipio designado por 8c para ostrar que los lodos o %asura no se han toado en cuenta" El coefciente que incluye la resistencia de los lodos se llaa de dise:o o coefciente total de lodos 8D" El valor de 2 correspondiente a 8D en lugar de 8c1 proporciona las %ases en las cuales el equipo de%e ser hecho en ;ltia instancia" &a correlación entre los dos coefcientes totales es,
????""@ Donde Rd A Rdi B Rdo"
&a ecuación de 0ourier para la superfcie en la que el lodo se depositar! se trans#ora en, 324RIE& CO56RER2S 72R2782
+
DISEÑO DE PROCESOS II
??????(* Si se desea o%tener 21 entonces hio y ho de%er!n calcularse priero ediante ecuaciones tales coo las ecuaciones (* y ()* que son independientes de la agnitud de la superfcie pero dependen de su #ora1 tales coo el di!etro y al !rea de .uFo del .uido" Con =stas 8c se o%tiene de la ecuación (G* y 8D se o%tiene de 8c usando la ecuación (@*"
??"(H*
???(*
Donde, "hi, Coefciente de trans#erencia de calor para .uido interno en 468>h #t+/0" D , Di!etro interior en #t" , conductividad t=rica en 468>h #t /0" 3 , Jelocidad de asa en &%>h #t+ " 3 A K>a< donde K es el .uFo !sico en &%>h y a es el !rea de 0luFo en #t+ L , Jiscosidad a la teperatura calórica en &%>#t h" C , Calor específco del .uido en 468>&%/0" LK , Jiscosidad a la teperatura de la pared del tu%o en &%>#t h
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DISEÑO DE PROCESOS II
&a ecuación (H* se eplea para .uFo lainar y la ecuación (* para .uFo tur%ulento" &a teperatura calórica para el .uido caliente y #río se calculan por las ecuaciones ()* y ())* respectivaente"
??"()* ???())* Donde, 6c1 tc , 6eperatura calórica del .uido caliente y #río respectivaente" 6)1 6+, 6eperatura de entrada y salida del .uido caliente" "t)1 t+, 6eperatura de entrada y salida del .uido #río" 0c, 0racción calórica1 adiensional" Calculo de la di#erencia de teperatura de las terinales #ría y caliente, ??()+* ??""()M* Donde, -tc1 -th, Di#erencia de teperatura de las terinales #ría y caliente1 respectivaente" 6)1 6+, 6eperatura de entrada y salida del .uido caliente" t)1 t+, 6eperatura de entrada y salida del .uido #río"
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DISEÑO DE PROCESOS II
Diseño de Serpentines
El serpentín de tu%o proporciona uno de los edios !s %aratos de o%tener superfcie para trans#erencia de calor1 se construyen do%lando longitudes variadas de tu%ería de co%re1 acero o aleaciones1 para darle #ora de h=lice1 o serpentines helicoidales do%les en los que la entrada y salida est!n convenienteente locali$ados a lado y lado" &os serpentines helicoidales de cualquier tipo se instalan #recuenteente en recipientes cilíndricos verticales1 ya sea con agitador o sin =l1 y siepre se provee de un espacio entre le serpentín y la pared del recipiente para circulación" Otro tipo de serpentín es el de espiral plano1 que es un espiral enrollado en un plano de anera que se puede locali$ar cerca del #ondo de un recipiente para trans#erir calor por convección li%re" &a anu#actura de los serpentines1 particularente con di!etros superiores a una pulgada1 requiere t=cnicas especiales para evitar que el tu%o se colapse dando secciones elípticas1 ya que esto reduce el !rea de .uFo" El interca%iador de calor de do%le tu%o noralente se usaría para uchos sisteas continuos que tienen de%eres de calor de peque:o a ediano" Sin e%argo1 el interca%iador de calor de rollo helicoidal (CE* podría ser una opción eFor en algunos casos, Donde el espacio est! liitado1 donde no pueda ponerse un tu%o recto largo 4aFo las condiciones de .uFo del lainar o el velocidad de .uFo %aFo1 donde un interca%iador de calor de cora$a y tu%o se pondría antieconóico de%ido a los coefcientes de trans#erencia de calor %aFos resultantes" Donde la caída de presión de un .uido est! liitada (por eFeplo1 de%ido al .uFo a trav=s de otro equipo del proceso*" Poniendo la velocidad del .uido del anulo en un CE a apro'iadaente ) >s1 la caída de presión ser! %aFa"
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DISEÑO DE PROCESOS II
8n CE consiste en un rollo helicoidal (serpentín* #a%ricado #uera de un tu%o de etal que se aFusta en la porción anular de dos cilindros conc=ntricos" &os .uidos .uyen dentro del serpentín y el !nulo1 con trans#erencia de calor que tiene lugar por la pared del serpentín" &as diensiones de a%os cilindros son deterinadas por la velocidad del .uido en el !nulo necesario para encontrar los requisitos de trans#erencia de calor"
&os espacios li%res ínios entre las paredes del !nulo y el serpentín y entre dos giros consecutivos del serpentín de%en ser iguales" En este caso1 se toan a%os espacios li%res coo do>+" El diapasón1 p1 que es el espacio entre cada vuelta consecutiva del serpentín (edido de centro a centro*1 es )"G do" 2suiendo que la velocidad edia del .uido es uni#ore1 se coputa la velocidad de asa del .uido1 3s1 %asado en el espacio li%re ínio entre la h=lice y la pared del cilindro"
Procediiento de Dise:o Deterinar los coefcientes de trans#erencia de calor" Para calcular los coefcientes de trans#erencia de calor en el serpentín y en el !nulo1 de%en conocerse los siguientes par!etros )" &a longitud del serpentín1 &1 necesaria para 5 vueltas, +" ?"()* M" El voluen ocupado por el serpentín1 Jc , N" G" " El voluen del !nulo1 Ja, @" " El voluen disponi%le para el .uFo del .uido en el !nulo1 J# ,
H" El di!etro equivalente1 De,
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DISEÑO DE PROCESOS II
El coefciente de trans#erencia de calor en el !nulo1 ho1 puede ser calculado usando una de las siguientes dos ecuaciones" Para n;ero de Reynolds1 5Re1 en el rango de G Q )1 la siguiente ecuación es recoendada,
Para 5Re por encia de )1 de%e usarse la ecuación,
El coefciente de trans#erencia de calor del .uido que .uye dentro del serpentín1 hio1 puede ser deterinada usando =todos convencionales" El coefciente de trans#erencia de calor %asado en el di!etro interno1 hi1 es o%tenido usando cualquiera de dos =todos para tu%o recto1 la relación de Sieder6ate o la gr!fca del #actor de Col%urn1 F vs" 5Re" El coefciente %asado en el di!etro e'terno del serpentín1 hio1 es o%tenido por,
El coefciente glo%al de trans#erencia de calor1 81 est! dado por,
Deterinar el !rea requerida" El !rea necesaria para la trans#erencia de calor est! dada por,
Deterinar el n;ero de vueltas del serpentín" Desde 2 A do&1 y & es e'presado en t=rinos de 51 el n;ero de vueltas necesarias del serpentín puede ser calculado por,
Bibliografa:
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DISEÑO DE PROCESOS II
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