¡Descarga EJERCICIO 6.5 Calculo de presión de tubo, hi o ho y más Exámenes en PDF de Física solo en Docsity!
EJERCICIO 6.5. 12 000 lb/h de aceite lubricante de 26” API (véase el Ej. 6.3 en el
texto para viscosidades) deben enfriarse de 450 a 350 °F, calentando kerosena de
42” API de 325 a 375°F. Se permite una caída de presión de 10 Ib/ plgz en ambas
corrientes y debe considerarse un factor de obstrucción mínimo de 0.004.
a) ¿Cuántas horquillas de doble tubo de 2% por 1% plg IPS de 20 pies se
requieren?
b) ¿Cómo deberán arreglarse?
c) ¿Cuál es el factor final de obstrucción?
Decisión 1: ¿Contracorriente o paralelo? El intercambiador deberá operarse en
contracorriente porque el arreglo en paralelo es imposible.
Paralelo
Contracorriente:
KEROSINA 42 °API ACEITE 26 °API ()
t1 = 325°F T1 = 450 °F
t2 = 375°F T2 = 350 °F
w =? W= 12000 lb/h
KEROSINA
42°API
Circula por ánulo
(ver justificación
adelante)
ACEITE 26
°API
Circula por tubo
(ver justificación adelante)
t1 = 325 °F T1 = 450 °F
t2 = 375°F T2 = 350 °F
w =
¿ 22523 lb/h
W = 12000 lb/h
Las propiedades C P
se determinarán a la temperatura promedio.
450
350
0
325
375
450
350
375
325
Se necesita la T calórica porque uno de los fluidos no es poco viscoso.
t media = 350F T media = 400
F
T calórica T calórica
μ 0.30cp
0.18x2.42=0.726 lb/pie-h
μ 3.33 cp
3.33 x 2.42= 8.05 lb/píe-h
Viscoso
Se necesita Tc
cp 0 .066 BTU/lb-°F Cp 0 .06 BTU/lb-°F
gr sp 0.70 0.775 (68°C)
k 0.076 BTU/h-pie_°F k 0.068 BTU/h-pie_°F
1. BALANCE DE CALOR
Q = WC(T1-T2) = wc(t2-t1) Q=UA(MLDT)
Aceite 26 API: Temperatura promedio-- 400 °F c = 0.61 BTU/lb-
°F
Q = (12000lb/h) (0.61BTU/lbF) (450-350) = 732,000 BTU/h
Kerosina 42 API: Temperatura Promedio = 350 °F c = 0.65 BTU/lb-
°F
Despejando w: w= Q / c(t2-t1)
w = ( 732000 ) / (0.65) (50) =22523 lb/h
- MLDT a contracorriente:
(𝑇 1 −𝑡 2 )−(𝑇 2 −𝑡 1 )
ln
𝑇 1 −𝑡 2
(𝑇 2 −𝑡 1 )
( 450 − 375 )−( 350 − 325 )
𝑙𝑛
75
25
75 − 25
- 099
MLDT = 45.5 °F
AREAS DE FLUJO: tubos 2 1/2 x 1 1/4 pulg IPS
TUBO INTERIOR 1 ¼ Di= 1.38 plg = 0.115 pie
Do = 1.66 plg = 0.138 Pie
Área de Flujo: A t
= 1.50 plg
2
= 1.50/144 = 0.0104 pie
2
TUBO EXTERIOR 2 ½ Di = 2.469 plg = 0.206 pie
ANULO: D1 = 0.138 pie D2 = 2.469 plg = 0.206 pie
área anulo: π/4(D 2
2
- D
1
2
3.1 ANULO (KEROSINA)
Calcular Ga (velocidad másica)
Ga = w/ Aa =
22523
- 01839
lb/h-pie
2
= 1,224,742 lb/h-pie
2
𝑅𝑒
𝐷𝑒 𝐺𝑎
𝜇
169 𝑝𝑖𝑒 ( 1224742 )
726
𝑃𝑟
Empleando la ec. de Sieder y Tate para calcular ho:
𝑜
𝑅𝑒
- 8
𝑃𝑟
- 33
𝑊
- 14
Dado que el fluido es poco viscoso las propiedades se determinarán a la temperatura
promedio. No se requiere las temperaturas calóricas, ni tampoco el término de
corrección para viscosidad.
Sustituyendo valores y realizando las operaciones necesarias:
𝑜
- 8
- 33
𝑊
- 14
ho =241(
𝜇
𝜇
𝑊
- 14
= 241Φo
ℎ𝑜
∅ 𝑜
3.2 TUBO INTERNO (ACEITE)
𝑡
𝑡
Viscosidad = 8.05 lb/h-pie
k = 0.
𝑅𝑒
𝐷𝑡 𝐺𝑡
𝜇
( 0. 115 )( 1153846 )
- 05
𝑃𝑟
Empleando la ec. de Sieder y Tate para calcular hi:
𝑖
𝑅𝑒
- 8
𝑃𝑟
- 33
𝑊
- 14
Dado que el fluido es poco viscoso no se requiere la corrección por viscosidad.
Sustituyendo valores y realizando las operaciones necesarias:
𝑖
- 8
- 33
𝑖
𝑖
𝑖
𝑖
𝑖
Corrigiendo debido a la diferencia en áreas: ℎ 𝑖𝑜
𝑖
𝐷 𝑖
𝐷 𝑜
ℎ
𝑖𝑜
∅
𝑖
115
138
Una vez obtenidos estos valores calculamos la temperatura de la pared con esta
expresión:
d)
( K 5. 31
c
t
c
T
o o
h
io i
h
o o
h
c
t
w
t
Sustituyendo valores se puede encontrar la temperatura de la pared,
𝑤
De donde tw = 382.8 °F
Una vez teniendo la temperatura de la pared, determinar la viscosidad a esa
temperatura y sustituir su valor para encontrar hio y ho.
Obtener las viscosidades en tablas a la temperatura de la pared.
PARA EL TUBO:
Para el aceite se sabe que: viscosidad a 400°F ----- 3.0 cp
Viscosidad a 300 °F ----- 7.7 cp
Viscosidad aceite a tw de 382.8°F 3.8 cp x 2.42 lb/pie-s = 9.196 lb/pie-h
Horquillas necesarias: 17 x 40 = 680 pies
Cálculo del factor de obstrucción, Rd;
El área disponible con las 17 horquillas es
A = πDL = π(0.138pie)(678 pie) = 294 pies
2
Con esta área el coeficiente global de que se dispone: Q= UA(MLDT) de donde U =
Q/A(MLDT)
UD = 732000/ 294(45.5) = 54.72 BTU/h-pie
2
- F
b).- Factor de obstrucción:
sabemos que 1/U D
= 1/Uc + Rd
Rd = 1/U D
Rd = 6.7 x 10
Este un valor prácticamente de cero, es decir no hay margen para compensar la
posible presencia de una capar de suciedad sobre la superficie que interfiera con la
transferencia de calor.
