Metodo Bell

Seminario 5 Diseño de cambiadores de calor de carcasa y tubos

B.-- Mé B. Méto todo do de Be Bell ll Caminos y fugas del fluido en carcasa

B.-- Mé B. Méto todo do de Be Bell ll -Método más riguroso que el anterior. -Tiene en cuenta todas las corrientes que se dan en la carcasa → Introduciendo coeficientes de corrección. Corriente principal B Corrientes secundarias: Corriente de goteo: holgura tubo-placa deflectora A Corriente debida a la holgura entre placa deflectora y carcasa E Corriente debida a la holgura entre el haz de tubos y la carcasa C Corriente debida a la falta de tubos F

B.-- Mé B. Méto todo do de Be Bell ll

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

hoc ·do 1 / 3 ⎛  μ   ⎞ =  jh·Re·Pr ·⎜⎜ ⎟⎟ k ⎝ μ S ⎠ donde: Re=Gsd0 / μ do: diámetro exterior de tubos Gs: densidad de flujo (según Kern)

0.14

(12.28)

Factor de transmisión de calor jh,

jh

Re Coeficiente de transmisión de calor en la sección sección de flujo flujo cruzado en la carcasa de un intercambiador de calor

Fn: facto factorr de corrección corrección de de fila central Fn = f(Ncv) Ncv = Nº de filas filas de tubos entre los extremos extremos de las placas deflectoras

Fn: facto factorr de corrección corrección de de fila central Fn = f(Ncv) Reg. Turbulento (Re > 2000) → Fn de la gráfica12.32 FnvsNcv Reg. Transición (100
Fn Ncv

Figura 12.32 Factor de corrección filas de tubos Fn

Fn: facto factorr de corrección corrección de de fila central Ncv = Nº de filas filas de tubos entre los extremos extremos de las placas deflectoras Ncv =(Db – 2Hb)/P’t Donde: Db = diáme diámetr tro o ba banc ncad ada a Hb = altura desde el corte de la placa hasta Db P’t = paso de tubo vertical = Pt para cuadrada = 0.87·Pt para triangular equilátera  H b

=

 Db

2

 D  ⎞ − ⎛  ⎜ S  − DS BC  ⎟ ⎝  2  ⎠

Bc, corte de placa deflectora Hc=DsBc

Fw: factor de corrección de ventana Fw = f(área f(área de TQ en la ventana, ventana, área área total total de TQ) Aw

Zona de ventana

Zona de ventana

Fw: factor de corrección de ventana Fw = f(área f(área de TQ en la ventana, ventana, área área total total de TQ)

→ Fw vs Rw

FW

Rw Figura 12.33 factor de corrección de ventana

Fw: factor de corrección de ventana Nw nº tubos en ventana Rw = 2· = Nt nº tubos totales

Nw = Nt ·R’a R'a =

f(co f(cort rte e plac placa) a)

=

área ven tan a área total b R´a Ra

Figura 12.41

Corte de placa defectora

Fb: factor factor de correcció corrección n del by-pass(f by-pass(flujo lujo entre la carcas carcasa ay el haz de tubos)

Flujo entre la carcasa y el haz

Fb: factor factor de correcció corrección n del by-pass(f by-pass(flujo lujo entre la carcas carcasa ay el haz de tubos) Fb =f(holgura =f(holgura entre carcasa carcasa y bancada bancada y tiras de cierre) cierre)

Sin tiras de cierre → Fig.12.34 Coulson → Fb vs Ab /As

Fb

Ab/As Fig. 12.34

Ab = área de holgura entre bancada y carcasa As = área máxima para el flujo

Fb: factor de corrección de los by-pass

Con tiras de cierre ec 12.30

F b

⎡  A ⎤ = exp ⎢− α  b (1 − (2 N s / N cv )1 / 3 )⎥ ⎣  As ⎦

α=1,5 para Re< 100 α=1,35 para Re > 100 Ab = área de holgura entre bancada y carcasa = ( Ds − Db )lb As = área máxima para el flujo Ns= Nº de filas filas de tiras tiras de cierre en la zona de flujo flujo cruzado cruzado Ncv = Nº de filas de tubos entre los extremos de las placas deflectoras

FL: factor de corrección de goteo entre el tubo y la placa deflectora y la placa deflectora y la carcasa

Atb

Asb

FL: factor de corrección de goteo entre el tubo y la placa deflectora y la placa deflectora y la carcasa F  L

= 1 − β  L [( Atb + 2 Asb ) / A L ]

βL factor tomado de la fig. 12.35

βL

Atb área de la holgura entre el tubo y la placa deflectora  Atb

=

C t π d 0

2

( N t  − N w )

(Fig 12 12.3 .35) 5) AL /As (Fi

Nw = Nt ·R’a

Ct holgura entre el tubo y la placa deflectora, aprox.0,8 mm Asb área de la holgura entre la carcasa y la placa deflectora  Asb

=

C s Ds

2

(2π  − θ b )

AL= área total de la desviaciones= Atb+Asb

Cs ap apro rox. x. 4,8 4,8 mm mm

(θb figura 12.41)

10.Calcular (- P) 10.1

E n l o s tub os

−m ⎡ ⎤ u2 L ⎛  μ   ⎞ ⎟⎟ + 2.5⎥·ρ · t ( − ΔP) = Np ⎢8· jf · ·⎜⎜ ⎢⎣ di ⎝ μ w  ⎠ ⎥⎦ 2 Tubo recto

f 

Forma: entrada/salida ...

Np= nº pasos pasos por por los tub tubos os m = 0.25

para Re < 2100

m = 0.14

para Re > 2100

10.2 En carcasa: Método de Bell

ΔPs = 2ΔPe + ( N b − 1)ΔPc +  N b ΔPw ΔPc Caída de presión en la zona de flujo cruzado ΔPw Caída de presión en la zona de ventana DPe Caída Caída de presi presión ón en la zona zona final final

-M. de Bell: Pc Caída de presión en la zona de flujo cruzado -(-ΔPc) = (-ΔPc)ideal·F’b·F’L (-ΔPc) caída de presión presión en las zonas zonas de flujo transve transversal rsal corregida corregida con con las las corri corrien ente tes s de de de bypa bypass ss y got goteo eo

(-ΔPc)ideal caída de presión calculada para una bancada de tubo tubos s sin sin corri corrien ente tes s secu secund ndar aria ias s F’b factor de corrección de corrientes secundarias F’L fa fact ctor or de corr correc ecci ción ón de corri corrien ente tes s secu secund ndari arias as

presión en en la zona zona de fluj flujo o cruzado cruzado - Pc Caída de presión ( − Δ Pc ) ideal

= 8· j f · N cv ·

ρ ·u s2 2

⎛ μ  ⎞ ·⎜ ⎟ ⎝ μ w ⎠

− 0.14

(12.33)

Ncv = Nº de filas de tubos tubos entre los extremos de las placas deflectoras deflectoras

jf

Re Factor de fricción para bancadas de tubos con flujo transversal

-

Pc Caída de presión presión en la zona zona de flujo flujo cruzad cruzado o

F’b: factor de corrección por by-pass → Fig. 12.37 α=5 para Re< 100 α=4 para Re > 100

⎡  A ⎤ F ´b = exp ⎢− α  b (1 − (2 N s / N cv )1 / 3 )⎥ ⎣  As ⎦

Sin tiras de cierre

F´b

Fig 12.37

Ab /As

-

Pc Caída de presión presión en en la zona zona de fluj flujo o cruzado cruzado

F’L: factor de corrección por goteo→ Fig. 12.38

F  L

= 1 − β ´ L [( Atb + 2 Asb ) / A L ]

β´L

AL /As AL= área total de la desviaciones= d esviaciones= Atb+Asb Asb área de la holgura entre la carcasa y la placa deflectora Atb área de la holgura entre el tubo y la placa deflectora

Pw Caída de presión en la zona de ventana

ΔPW  = F ´ L (2 + 0,6 N wv ) u z

=

u wu s

uw velocidad zona ventana uw

=

ρ  u z2 2

W s  Aw /  ρ 

Ws flujo másico del lado de la carcasa Nwv nº de restricc restricciones iones para para el flujo flujo en la zona de ventana ventana,, es el nº de filas filas de tubos tubos  N wv =  H b Pt ´

 Aw

=(

π   Ds2 4

 Ra ) − ( N w

π  d 02 4

)

Δ Pe Caída de presión en la zona final

ΔPe = ΔPi [( N wv +  N cv ) /  N cv ]F ´b

Caída de presión total

ΔPs = 2ΔPe + ( N b − 1)ΔPc +  N b ΔPw

 N b

⎡  L ⎤ = ⎢ − 1⎥ ⎣ l B ⎦

10.3 Entrada → Salida →

En las acometidas 2 · u  ρ  Hasta 1.5

2

2  ρ  · u 0.5

2