Proyecto Transferencia de Calor

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Instituto Politécnico Nacional
Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas
Transferencia de Calor
Proyecto de Intercambiador de Haz de Tubos y Coraza 
	Sistema Agua-Etanol
Profesora:
 Ma. Del Rosario Davalos
Alumno:
Armenta Domínguez Andres
2014320045
Grupo: 2IM54
	Se requiere enfriar Etanol para uso en nuestro producto dermocosmetico (crema hidratante) el cual requerimos como materia prima para producir (Alcohol Denat) para después proceder a desnaturalizarlo mediante destilación y rectificación: El etanol fluye a razón de 320,045 kg/h de 100 °C a 40°C y se empleará como medio de enfriamiento agua que entra a 20°C y saldrá a 40°C estará en contracorriente al etanol. El etanol fluye por dentro de los tubos.
Para nuestro Proceso se dispone un intercambiador de haz de tubos y coraza en nuestro proceso requerimos 1 paso por los tubos y otro mas por la coraza las mamparas son segmentadas con separación de 0.10795m, el haz de tubos este compuesto por 391 tubos con arreglo en TRIANGULO de X de longitud y de diámetro exterior(de) de 0.01905m y diámetro interior(di) de 0.016561m y a su vez el diámetro de paso pitch de 0.01905
Los datos de la coraza son: diámetro Interior 0.2032m 
La conductividad térmica promedio de los Tubos es 22.3 kcal/hm2°C
El Material elegido para fabricar el intercambiador de calor será
Cupro Nickel 702
BWG 18
Diagrama del Intercambiador de CalorAGUA
t1=20°C
ETANOL
T1=40°C
AGUA
t2=50°C
ETANOL
T1=100°C
Después de Obtener los Datos con Propiedades de Fluido y Datos de Tubo y con La tabla 10-7 Y haciendo las Conversiones Correspondientes:
	Dentro de tubos
	Fuera de tubos o lado coraza
	Gasto masa en Kg/h
	320,045
	702,304.60
	
	Velocidad en m/s
	5400
	
	
	Temperatura de entrada en °C
	100
	Temperatura de entrada en °C
	20
	Temperatura de salida en °C
	40
	Temperatura de salida en °C
	40
	Temperatura media
	70
	Temperatura media
	30
	DENSIDAD EN KG/M3
	750
	
		995
	µ en Kg/mh
	1.8
	µ en Kg/mh
	2.88
	Cp en Kcal/Kg °C
	0.73
	Cp Kcal/Kg °C
	0.998
	K en Kcal/hm°C
	0.134
	K en Kcal/hm°C
	0.5334
	
Datos del sistema
	CORAZA
	HAZ DE TUBOS
	Diámetro interior = 0.53975
	diámetro interior = 0.01656m
	Separación entre mamparas= Bmin=0.10795m
	Calibre BWG 18	
	
	 diámetro exterior= de = 0.01905m
	
	diámetro de paso o pitch = 0.0238
	
	Arreglo o distribución de tubos = TRIANGULAR
	
	Número de pasos por los tubos = nt= 1,2 y 4
SECUENCIA DE CALCULOS DEL PROCESO
1. CALCULAR EL CALOR INTERCAMBIADO ENTRE EL FLUIDO CALIENTE Y FRÍO
2. CALCULAR LA DIFERENCIA MEDIA LOGARÍTMICA EN CONTRACORRIENTE PARA UN PASO 
2.1 MEDIALOGARITMICA CORREGIDA PARA DOS O MÁS PASOS:
Corrección de ∆T:
=
=0.8094
3. CALCULAR EL GASTO MASA DEL FLUIDO QUE CIRCULA POR FUERA DE TUBOS, CONSIDERANDO UNA EFICIENCIA DEL 100%
4. CALCULAR EL NÚMERO DE TUBOS QUE INTEGRARAN EL HAZ Y AJUSTARLO A LA TABLA COMERCIAL 10.7
N=366.89 Tubos
Ajustando los valores Comerciales de Tabla 10-7 nos da un Numero de Tubos igual a 391 Tubos 
5. DETERMINAR EL DÍAMETRO DE LA CORAZA = Dc HACIENDO USO DE LA TABLA 10.7
Con la Tabla 10-7 y Nuestro numero de Tubos, Obtenemos un Diámetro de Coraza Dc= 0.53975m
6. CALCULAR EL NÚMERO DE REYNOLDS Y EL COEFICIENTE DE PELÍCULA INTERIOR CUANDO:
a. nt= 1 y hi1
b. nt=2 y hi2
c. nt=4 y hi4
	nt
	Re
	hi[]
	1
	34,963.23
	912.046
	2
	69,926.46
	1587.96
	4
	139,852.92
	2764.81
7. CALCULAR EL NÚMERO DE REYNOLDS Y EL COEFICIENTE DE PELÍCULA EXTERIOR CUANDO:
a. B= mínima y he1, máxima turbulencia Dc/5 
b. B= máxima y he2, mínima turbulencia = Dc
c. B= intermedia y he3 (un valor entre Bmin y Bmax)
Bmin=Dc/5=0.10795
Bmax=0.53975
Binter=0.3535
Nc=2
C´=pt-de=0.0238m-0.01905m=0.00475m
	B
	Re
	he
	Mínima=0.10795
	1.1491x10^6
	26300.25
	Máxima=0.53975
	229,833.59
	10852.8
	Intermedia0.3535
	350,925.44
	13697.2
8. CALCULAR EL COEFICIENTE DE TRANSFERENCIA DE CALOR PARA TODAS LAS CONVINACIONES POSIBLES DE hi Y he, Uc:
	Uc[
	732.987
	706.287
	717.17
	1215.78
	1140.73
	1166.78
	1944.92
	1759.7
	1821.01
9.CALCULAR LA LONGITUD ÓPTIMA DE TRANSFERENCIA DE CALOR DE LOS TUBOS.
	L[m]
	27.73
	28.78
	28.34
	16.72
	17.81
	17.43
	10.45
	11.55
	11.16
10.ANALISIS DEL PROYECTO 
Al Hacer las diferentes corridas de cálculos podemos concluir que al tener un total de 4 pasos por los tubos y 2 por la coraza tenemos un mayor rendimiento en nuestro proceso: nos da un Reynolds mayor de 139,852.92 dejando claro que es un fluido turbulento por lo cual tiene un he igual muy elevado de 2764.81 indicando una mejor transferencia de energía.
También seleccionaremos una B mínima ya que da un mejor rendimiento a nuestro proceso y esto se traslada a un mayor coeficiente de Transferencia Global 1944.92 y a una menor longitud de tramo de 10.45m 
Los datos descartados nos sirven para tomar en cuenta todos los puntos de vista de nuestro proceso y poder aplicar mejoras para obtener mu mejor costo beneficio y poder seleccionar mejor nuestros materiales para el diseño de intercambiadores de calor
Al seleccionar el gasto masico tuvimos que elegir 6 dígitos y que con 5 dígitos este nos daba un Numero de Tubos muy bajo y su vez también nos daría un Reynolds menor con el riesgo de caer en transición 
Tabla de Resultados
	Hi[Kcal/hm°C]
	He[Kcal/hm°C]
	Uc[Kcal/hm^2°C]
	L[m]
	2764.81
	26300.25
	1944.92
	10.45