17 abril 2014

Herramienta para el cálculo de intercambiadores de calor de carcasa y tubos



El objetivo de esta completísima herramienta Excel que presentamos es utilizar el método Bell-Delaware para el cálculo de intercambiadores de calor de carcasa y tubos. La plantilla puede utilizarse tanto con unidades imperiales como con el sistema internacional y es aplicable a procesos en los que no tiene lugar el cambio de fase.
El procedimiento de cálculo permite ensayar distintos caudales y caídas de presión para encontrar la relación óptima en el proceso de intercambio.

Veamos algunas de las posibilidades de la hoja de cálculo:
Fluidos del proceso
En primer lugar determinamos los fluidos del proceso tanto en el circuito de agua caliente (agua y metil alcohol) como en el circuito de agua fría (agua).
Datos del proceso
En esta fase del proyecto buscamos los siguientes datos:
  • Nombre del fluido.
  • Caudal total en kg/h.
  • Temperatura de entrada estimada.
  • Temperatura de salida. Es la temperatura requerida en el proceso.
  • Presión de entrada.
  • Caída de presión permitida.
  • Resistencia de fouling.

Seguidamente incluimos los componentes del fluido del lado caliente y del lado frío. Para cada uno de los componentes:
  • Fracción másica de los componentes.
  • Fracción molar.
  • Densidad.
  • Viscosidad.
  • Peso molecular.
  • Calor específico.
  • Conductividad térmica.
  • Coeficientes de Antonie.
  • Presión de vapor.
  • Presión parcial.

Caída de presión de los tubos
Para el cálculo de la caída de presión de los tubos introducimos:
  • Fluido fluyendo en los tubos.
  • U total asumido.
  • Factor de seguridad para fouling.
  • Diámetro exterior del tubo.
  • Espesor de la pared del tubo.
  • Longitud del tubo.
  • Pasos del tubo.
  • Pasos de carcasa.

Datos (de los datos del proceso y hoja de cálculo de factor F)
La hoja calcula:
  • Caudal.
  • Calor transferido.
  • Factor de corrección por diferencia de temperatura.
  • Viscosidad promedio.
  • Densidad promedio.
  • Presión a la entrada.
  • Caída de presión permitida.
  • Rugosidad de la tubería.

Cálculos:
Los cálculos obtenidos son:
  • Diámetro interior del tubo.
  • Área del flujo por tubo en m2.
  • Área del tubo disponible.
  • Diferencia de temperatura logarítmica media.
  • Área de tubo requerido.
  • Longitud del tubo total requerida.
  • Número de tubos.
  • Tubos por paso.
  • Área actual.
  • Caudal por tubo.
  • Velocidad en tubo.
  • Número de Reynolds
  • Factor de fricción.
  • Caída de presión en los tubos.
  • Caída de presión, entrada/salida.
  • Tubos de entrada/salida.
  • Pérdidas en conductos/campanas.
  • Subtotal en el lado del tubo.
  • Caída de presión, lado del tubo.

Otros cálculos

Hemos visto como ejemplo un buen número de las posibilidades de la hoja de cálculo, pero son muchas más las opciones de cálculo que presenta: Factor F, coeficiente de transferencia de calor, geometría de la carcasa, coeficiente de film del lado de la carcasa, coeficiente de transferencia de calor total, tobera, estimación del peso del intercambiador de calor, …
La hoja de cálculo puede descargarse aquí.

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