ENFRIADOR DE BUTINO LIQUIDO
Especificaciones generales del proceso:
- Flujo caliente: butino liquido a 35 bar. de presión, flujo de 50 kg/s, que será enfriado desde una temperatura de entrada de 113 ªC hasta 38 ªC a un tanque de almacenamiento. No hay contaminación.
Refrigerante: Agua bien tratada desde una torre de enfriamiento a 27 ªC en verano y 17 ªC en invierno. La temperatura de salida no excederá 50 ªC. emplear una resistencia a la contaminación de 0.00018 (W/m2 K)-1. Sobre diseñar un 25% de superficie. Mantener una velocidad del flujo de 1.5 m/s como mínimo y 3 m/s como máximo para prevenir erosión. Para una caída de presión de 100 kPa existe una tolerancia de 10%.
Especificaciones de la construcción: Se requiere una longitud máxima de los tubos de 10m, los cuales serán de una aleación 0.5 de Cr en posición horizontal con arreglo multi tubular simple.
Tipo de intercambiador de calor y localización del fluido: debido a que el butano esta a alta presión, se requiere una construcción de concha y tubo. El agua se colocará a ¾” en tubos rectos para limpieza.
DATOS DE LAS SUSTANCIAS
FLUJO CALIENTE: BUTINO LIQUIDO
Flujo másico de 50 kg/s
Temperatura de entrada = 113 ◦ C
Temperatura de salida = 38 ◦ C
Calor especifico = 2.31 kJ/Kg. ◦ C
Viscosidasd dinamica μ= 0.0084 Kg/m.s
Densidad = 601 Kg/m2
REGFRIGERANTE: AGUA
Temperatura de entrada verano = 27◦ C, invierno = 17 ◦ C
Temperatura de salida = maximo 50 ◦ C
Resistencia a al contamobnacion = (0.00018 w/m2 . K) -1
Velocidad minima = 1.5 m/s
Velocidad maxima = 3m/s
Calor especifico = 4.18 KJ/Kg.◦ C
PARA DISEÑAR EL INTERCAMBIADOR CON LAS ESPECIFICACIONES ANTES MENCIONADAS SE DESCRIBIRAN LOS PASOS A SEGUIR:
1. ANALISIS TERMICO
Se determinara la razon de transferencia de calor y por medio del balance en condiciones ideales se determinara tambien el flujo masico del agua
Sustituyendo en la formula obtenemos:
- razon de transferencia de calor:
Q= (50 kg/s)(2.31 kJ/Kg. ◦ C)(113- 38) ◦ C
Q= 8.6625 MW
ω (4.18 KJ/Kg.◦ C)(45 -27 ) ◦ C= 8.6625 x103 kJ/s
ω= 115. 13 Kg/s
SE ESCOGERA EL ARREGLO PARA EL INTERCAMBIADOR (A CONTRAFLUJO, FLUJO PARALELO)
- La forma mas adecuada sera escoger que sea a contraflujo, un paso por la coraza y un paso por los tubos (1-1) porque su analisis es mas facil y las especificaciones lo avalan.
- Y debido a la alta presion en la que esta entrandio el fluido caliente ira en la coraza y el agua fria en los tubos.
2.SELECCION DE LOS ELEMENTOS DE CONSTRUCCION
- TIPO DE CARCAZA: 1 paso por la carcaza
- DIAMETRO DE TUBO Y LARGO : Se asume un diametro de tubo = 3/4 in (19mm) y una longitud maxima de 10 m.
- DISEÑO DEL TUBO : 30◦ y una relacion de grado de inclinacion = 1.25 (arreglo triangular)
- SEPARADORES: Espacimientos de aprox 0.3m.
3. ELECCION DE UN METODO DE ANALISIS
DETERMINACION DEL AREA DEL INTERCAMBIADOR
Se eligira el de LMTD porque los datos que tenemos asi lo ameritan.
Donde
F= 1 (1-1) porque es de un paso por la coraza y un paso por los tubos.
Q= 8.6625 MW
Dado que:
AGUA Ui=7000 W/m2. K
INCRUSTACION DEL AGUA Rf= 0.00018 (W/m2 . K) -1
BUTINO Uo=1500 W/m2. K
U = 1010.1 W/m2. K
Sustituyendo encontramos que LMTD= 31.2 0C
Despejando el area de la formula nos da:
A=274.86 m2
Dado que:
A= NT П D LT
El numero de tubos sera:
274,86 m2 = NT (П) (.01905m) (10m)
NT = 459 tubos.
El Diametro de la carcaza se determina:
Area de la carcaza
Donde:
DS= .58695 m
B= .3 m
C=.o2 m
PT= .039 m
do= .01905
Por lo tanto as=0.112875 m2 = 112875 mm2
MANTENIMIENTO DE INTERCAMBIADORES DE CALOR
- Los intercambiadores de calor en forma general, trabajan mediante la circulación de fluidos a través de su estructura, esto produce con el tiempo, debido a la operación del equipo, obstrucciones de las zonas de flujo por corrosión de la estructura del intercambiador, descomposición de los fluidos (aceites minerales, alimentos, etc.) ó por deposición de sólidos disueltos en los fluidos (incrustaciones de carbonatos, etc.), al presentarse estas características en el interior de los equipos, se producen incrustaciones en la superficie interior y exterior se los tubos según sea el caso, generando una resistencia extra a la transferencia de calor y al paso del fluido y con esto pérdidas en la eficiencia de los equipos.
Mantenimiento aplicado a Intercambiadores de Calor
Aun cuando la variedad de intercambiadores existentes en los múltiples procesos industriales imposibilita describir un mantenimiento especifico para todos los equipos intentaremos determinar las directrices que definen un mantenimiento efectivo en la mayoría de los casos.
La finalidad de un mantenimiento radica en la eliminación de los depósitos que obstruyen o imposibilitan la correcta transferencia en los intercambiadores, estas suelen producirse por deposición de los sólidos en las paredes externas de los tubos, en las paredes internas de los tubos, así como en la superficie interna de la coraza, esto para el caso de los intercambiadores de tubo coraza, en los intercambiadores de placa esta incrustación se presenta entre las laminas dificultando la transferencia de calor entre los fluidos, además de ofrecer restricciones a la circulación en estos equipos.
Las técnicas varían dependiendo del tipo de incrustación y de la configuración de los intercambiadores, así un intercambiador de placas fijas debe aplicarse una limpieza por intermedio de cepillos o alta presión por el interior de los tubos y por su configuración de área confinada para la carcaza una limpieza química que permita disolver por intermedio de la circulación la mayor cantidad de sólidos adheridos a la superficie.
Los químicos comúnmente utilizados para la desincrustación en áreas confinadas suelen variar de acuerdo al material de construcción del equipo, así como el fluido que maneja el intercambiador, en el caso de agua o vapor, se utilizan desincrustantes que pueden contener ácidos fuertes o débiles dependiendo del material de construcción del intercambiador, por ejemplo para intercambiadores de calor construidos en acero al carbono o acero inoxidable, pueden utilizarse productos basándose en ácido clorhídrico, fosfórico, cítrico u otra formulación que permita disolver los minerales producto de las deposiciones del agua o del vapor estén presentes en el intercambiador, es importante señalar que estos productos deben ser formulados, tomando en consideración las posibles consecuencias de la acción del químico sobre los materiales de construcción.
El mantenimiento en estos equipos es muy sencillo, en términos generales se sugiere lo siguiente:
1.- Un intercambiador bien diseñado debe ser revisado cada año, haciendo una inspección visual del interior del equipo; antes de desarmar no debe olvidarse checar la instrumentación (una buena operación se refiere a instrumentación del equipo) para observar su caída de presión y el cambio de temperaturas, ya que esto puede indicar el estado en que se encuentra el equipo.
2.- Si se encontraran inscrustaciones de sales, pueden ser removidas con una solución ácida hasta del 3%. Haciendo circular esta solución por los tubos durante 24 horas. Si la incrustación permanece, se pueden emplear productos comerciales que existen en el mercado.
Costos:Los costos de operación y mantenimiento del intercambiador también son consideraciones importantes en la valoración del costo total. 
Potencia para el bombeo:En un intercambiador los dos fluidos suelen forzarse para que fluyan por medio de bombas o ventiladores que consumen energía eléctrica. El costo anual de la electricidad asociada con la operación de las bombas y ventiladores se puede determinar con la siguiente formula.
Tamaño y peso:Normalmente, entre más pequeño y más ligero es el intercambiador, mejor es. En especial, este es el caso en las industrias automotriz y aeroespacial, en donde los requisitos con respecto al tamaño y al peso son más rigurosos. Así mismo, lo normal es que a un intercambiador más grande se le etiquete con un precio más alto. El espacio del que se dispone para el intercambiador en algunos casos limita la longitud de los tubos que se pueden usar.Tipo:El tipo de intercambiador que se debe seleccionar depende principalmente del tipo de fluidos que intervienen, de las limitaciones del tamaño y peso y de la presencia de cualesquiera procesos de cambio de fase. Por ejemplo, un intercambiador de placas o de tubos y coraza es muy apropiado para enfriar un líquido por medio de otro líquido.
LOCALIZACION DEL INTERCAMBIADOR DE CALOR EN EL MERCADO
Catalogos en internet:
BIBLIOGRAFIA
- Transgerencia de calor ( Ĉengel)
- tranferencia de calor (J.P. Holman 8) edicion edit Mc graw hill
- procesos de tranferencia de calor (Donald Q Keren) editorial CECSA cuarta reimpresion mexico 2003 two
- phase flow heat exchanger NATO ASI series
Donde Ccr es una constante cuyo valor depende de la configuración geométrica del calentador.
