18 abril 2012

Guía de cálculo del rendimiento de intercambiadores de calor (2ª PARTE)


Ver 1ª PARTE

Paso B

Con los datos de ensayos supervisados, las propiedades físicas del chorro pueden tabularse como se requiere para le evaluación de los datos térmicos.



*MpaS – Mega Pascal por segundo

La densidad y viscosidad puede determinarse por el análisis de muestras tomadas del chorro de flujo a la temperatura registrada en el laboratorio de planta. La conductividad térmica y la capacidad de calor específica si no está determinada                                                                                                                                                                                    por las muestras puede ser obtenida de libros de texto.

Paso C
Calcular los parámetros térmicos del intercambiador de calor y comparar con los datos de diseño


*La caída de presión para el flujo de diseño puede ser clasificado con la relación caída de presión proporcional al caudal

Paso D
Las siguientes fórmulas se usan para calcular los parámetros térmicos

1.       Carga térmica,
Donde:

Qs es el calor sensible y ql el calor latente

Para el calor sensible:


En kW, o

Para el calor latente:


1)     Ejemplos

a.       Intercambiador líquido – líquido

Un intercambiador de tubo y carcasa de la siguiente configuración se considera para su uso con enfriador de aceite con aceite en el lado de la carcasa y agua de enfriamiento en el lado del tubo.

Lado del tubo:

·         460 Nos x 25,4 mm od X 2,11 mm espesor x 7211 mm de longitud
·         Paso – 31,75 mm 30 º triangular
·         2 pasos

Lado de la carcasa

·         787 mm ID
·         Espacio del deflector – 787 mm
·         1 Paso

Los parámetros controlados son los indicados a continuación:

Parámetros
Unidades
Entrada
Salida
Caudal del fluido caliente, W
Kg/h
719800
719800
Caudal del fluido frío, w
Kg/h
88150
881150
Temperatura del fluido caliente, T
ºC
145
102
Temperatura del fluido frío, t
ºC
25,5
49
Presión del fluido caliente, P
bar g
4,1
2,8
Presión del fluido frío, p
bar g
6,2
5,1

Cálculo de datos térmicos:

Área de transferencia de calor = 264,55 m2

1.       Carga térmica:

Fluido caliente, Q = 719800 x 2,847 x (145 – 102) / 3600 = 24477,4 kW
2.       Caída de presión del fluido caliente.
3.       Caída de presión del fluido frío.

Caída de presión = pi – po = 6,2 – 5,1 = 1,1 bar g

4.       Rango de temperatura del fluido caliente.

Rango de temperatura:


5.       Rango de temperatura del fluido frío.

Rango de temperatura:

6.       Ratio de capacidad
R = (Ti – To) / (to – ti) = 43/23,5 = 1,83

7.       Efectividad,
Efectividad
S = (tO – ti) /(Ti –ti) = (49 – 25,5) /(145 – 25,5) = 23,5 / 119,5 = 0,20
8.       LMTD

a)      LMTD, Contra flujo = (96 – 76,5 / ln (96/76,5) = 85,9 ºC
b)      Factor de corrección para considerar el flujo cruzado

F= 0,977

9.       LMTD Corregido

= F x LMTD = 0,977 X 85,9 = 83,9 ºC

10.   Coeficiente de transferencia de calor total


Comparación de datos calculados con datos de diseño:

Parámetros
Unidades
Datos de ensayos
Datos de diseño
Q
kW
24477,4
25623
Caída de presión del lado del fluido caliente, ∆Ph
Bar
1,3
1,34
Caída de presión del lado del fluido frío, ∆Pc
Bar
1,1
0,95
Rango de temperaturas del fluido caliente, ∆T
ºC
43
45
Rango de temperaturas del fluido frío, ∆t
ºC
23,5
25
Ratio de capacidad, R
-----
1,83
0,556
Efectividad, S
-----
0,20
0,375
LMTD corregido, MTD
ºC
83,8
82,2
Coeficiente de transferencia de calor, U
kW/(m2K)
1104
1178
  • Capacidad térmica:  Las diferencias en la capacidad actual serán prácticamente despreciables debido a estas desviaciones de capacidad de calor específica con la temperatura. También puede haber pérdidas de calor debidas a la radiación del lado de la carcasa caliente.
  • Caída de presión: Asimismo, la caída de presión en el lado de la carcasa de un fluido caliente es algo normal. Esto se debe al incremento de la temperatura del lado caliente debió al rendimiento incrementado del transformador.
  • Rango de temperatura: La desviación en el rango de temperaturas puede deberse al incremento de la suciedad en los tubos (chorro frío), ya que se observa una caída de presión más alta.
  • Coeficiente de transferencia de calor: El valor estimado decrece debido al incremento del ensuciamiento que ha resultado en el área activa minimizada de la transferencia de calor.
  • Propiedades físicas: Si están disponibles datos o análisis de laboratorio pueden usarse para verificación con la hoja de datos de diseño como control cruzado hacia las consideraciones de diseño.
  • Problemas: El intercambiador sucio necesita limpieza.
Ver 3ª PARTE
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