Queroseno 42-Gasolina 57

Diseño Termodinámico de un Intercambiador de Calor Sistema: Queroseno 42° API- Gasolina 57°API Tania T ania Martínez

DISEÑO TERMODINÁMICO Para cierto roceso en el !ue se "esea en#riar Queroseno 42° API "e $%% a 15%°& con un 'asto masa "e 75%(%%% l)*+r( usan"o una 'asolina "e 57° API la cual aumenta su temeratura "e ,% a 12%°& .ealice el "ise/o termo"in0mico "el intercam)ia"or "e calor !ue resulte eciente  econ3mico( emlean"o los criterios alica)les a estos e!uios usti!ue las suosiciones !ue realice os "atos termo"in0micos ara estos 6ui"os son: Proie"a"

Queroseno 42°API %57 %77 %%78 % %%%$5

 S 9 μ

."

Gasolina 57°API %5 %78 %%,5 %$5 %%%4

alculan"o la car'a t;rmica !ue ser0 tras#eri"a( esto a artir "e la in#ormaci3n "el Queroseno

(

Q =GmCp∆T = 750000

lb hr

)(

0.57

)

BTU ( 300 ℉ −150 ℉ ) =64,125,000 BTU lb ℉ hr

onsi"eran"o !ue el calor !ue se ier"e en un 6ui"o es 'ana"o or el otro( calcular el 'asto masa "e 'asolina como:

Gm=

Q = Cp∆T

64,125,000

(

0.5

BTU hr

)

BTU ( 80 ℉ −120 ℉ ) lb ℉

=

801,562.5

lb hr

&actores !ue in6uen en la "eterminaci3n "e !ue 6ui"o Maor Gra"o? &lu=o Temeratu Temeratura ra @iscosi"a"

a"o "e los Tu)os T u)os Gasolina 9eroseno eroseno Gasolina

a"o "e la oraza 9eroseno Gasolina 9eroseno

Diseño Termodinámico de un Intercambiador de Calor Sistema: Queroseno 42° API- Gasolina 57°API Tania Martínez

orrosi3n ToBici"a" Cnsuciamiento aí"a "e Presi3n

Gasolina Gasolina Gasolina

9eroseno 9eroseno 9eroseno

De)i"o a los criterios "e "ise/o se selecciona un intercam)ia"or "e calor or cuos tu)os 6ua 'asolina  or coraza Eeroseno T1

Para sa)er !u; tio "e arre'lo ser0 utiliza"o en el intercam)ia"or( 6u=o en aralelo o 6u=o en T2contracorriente( se roce"e a calcular las "i#erencias "e temeratura "e am)as &lu=o en aralelo

Paralelo $5% $%% 25%

Temeratura 2%% 15% 1%% 5%

on'itu"

∆ T 1=T 1 −t 1= 300 ℉ −80 ℉ =220 ℉ ∆ T 2=T 2−t 2 =150 ℉ −120 ℉ =30 ℉ ∆ T ml=

∆ T 1−∆ T 2 ln

∆ T 1 ∆ T 2

=

220 −30 =95.3609 ℉ 220 ln 30


&lu=o en ontracorriente:

ontracorriente $5% $%% 25% 2%% TemeraturaT1

T2

15% 1%% 5%

on'itu"

∆ T 1=T 1 −t 2 =300 ℉ −120 ℉ =180 ℉ ∆ T 2=T 2−t 1 =150 ℉ −80 ℉ =70 ℉

∆ T ml=

∆ T 1−∆ T 2 ln

∆ T 1 ∆ T 2

=

180− 70 =116.4685 ℉ 180 ln 70

Por lo !ue se toma como el arre'lo m0s eciente el "e contracorriente( a"em0s "e tener una zona "e trans#erencia maor A+ora calculan"o los #actores .  S ara la correcci3n "e la R=

S=

T 1−T 2 t 2−t 1 t 2 −t 1 T 1−t 1

=

=

300− 150 120− 80

=

∆ T mlv :

3.75

120−80 = 0.182 300−130

on estos "atos "e la 'ura 1, "el li)ro "e 9ern( se o)tiene #tF%87 Por lo !ue: ∆ T mlv= ∆ T ml∗ft =116.4685∗0.97 =112.9744 ℉


A+ora esta)lecien"o los ar0metros 'eom;tricos "el intercam)ia"or: F1 DCF$*4H PtF 1H Arre'lo en cua"ro ali)re 1 JG De la ta)la 1% "e la )i)lio'ra#ía antes cita"a( se o)tiene: DIF%2H a#F%$%2H alF%18$H alcular la K"( se arte "e los "atos o)teni"os "e la ta)la , De intercam)ia"ores "on"e am)as sustancias son li'eras( or lo cual:

Ud total=!"#$ %TU& '(r )t* +,A+ora la K" se calcula como la me"ia aritm;tica "e los
40 + 75 BTU =57.5 2 2 hr ∗ft ∗℉

Se roce"e al c0lculo "el 0rea como:

A =

Q = U D ∆ T mlv

64,125,000 57.5

BTU 2

∗

hr ∗ft ∗℉

BTU hr

=

2

2467.8538 ft

112.9744 ℉

0lculo "el nLmero "e tu)os: 2

2467.8538 ft A = =785.7405 ≈ 786 tubos N T = ' ' a l∗ L 0.1963 ”∗16

0lculo "el 0rea "e 6u=o( suonien"o '

N T a f 786∗0.302 ” a F = = =0.2061 ≈ 1 144 n 144∗1

Para nes "e rimera iteraci3n se re"on"ea al si'uiente nLmero entero ara o)tener un 'asto aroBima"o


G TC =

Gm = a F

801,562.5

lb hr

1

=

801,562.5

lb hr

0lculo "el nLmero 3timo "e asos: lb G hr numro ! pasos = Topt"mo = GTC lb 801,562.5 hr 1,500,000

=1.87 ≈ 2

Suonien"o a+ora , asos  %% tu)os '

N T ∗a f 786∗0.302 ” = = 0.1573 a F = 144 n 144∗8

G TC =

Gm = a F

801,562.5 0.1573

lb hr

=5,096,026.49

lb hr

G T "e)e estar en un ran'o "e 1 a 2 millones e l)*+r ota: ara este caso( la con"ici3n no se cumle( a !ue so)reasa el ran'o ara "ise/o

N RT =

GT ∗ D# 2.42∗12∗ $

5,096,026.49 =

lb ∗0.62 ” hr

2.42∗12∗0.35

=310,855.61

De la 'ura 2 se o)tiene el #actor "e #ricci3n(  "e la 'ura 24 el #actor "e trans#erencia "e calor +F27% #F%%%%15#t 2*in2 a caí"a "e resi3n or el la"o "e los tu)os en tramo recto se calcula como: 2

∆ %TR =

12∗f ∗G T ∗n∗ L 10

5.22∗10 ∗S∗ D# ∗∅T

Cn este caso el #actor "e correcci3n or
Diseño Termodinámico de un Intercambiador de Calor Sistema: Queroseno 42° API- Gasolina 57°API Tania Martínez 2

∆ %TR =

12∗0.00015∗5,096,026.49 ∗8∗16 10 ∗

5.22∗10

0.75∗0.62∗1

=

256.3164 ps"

Se nota "es"e a+ora !ue ΔP total no estar0 cerca "el 1% si?( or lo !ue se comienza a iterar cam)ia"o( lon'itu"es( "i0metros eBternos( itc+( numero "e cueros( numero "e asos Para el nueDs? Se calcula el 0rea "e trans#erencia como: '

2

A r = N TT ∗a l∗ L= 460∗0.1963∗24 =2,167.152 ft

A+ora se calcula K D como: U DR=

Q A R ∆T mlv

Pero al +a)er una "i

64,125,000

U DR=

BTU hr

Qn&a!a&urpo 4 BTU = =65.4784 2 2 A R ∆ T mlv 2,167.152 ft ∗112.9744 ℉ hr ∗ft ∗℉

Cste +rN#t 2N°&?

0lculo "e la nue
N T ∗a f 460∗0.334 ” = = 0.5335 a F = 144 n 144∗2

Masa
G TC =

Gm = a F

lb hr

4 0.5335

=1,502,538.40

lb hr

0lculo "el nue
N RT =

GT ∗ D# 2.42∗12∗ $

1,502,538.40 =

lb ∗0.652 ” hr

2.42∗12∗0.35

= 96,384.79

De la 'ura 2 se o)tiene el #actor "e #ricci3n(  "e la 'ura 24 el #actor "e trans#erencia "e calor +F25% #F%%%%15#t 2*in2 a caí"a "e resi3n or el la"o "e los tu)os en tramo recto se calcula como: 2

∆ %TR =

12∗f ∗G T ∗n∗ L 10

5.22∗10 ∗S∗ D# ∗∅T

Cn este caso el #actor "e correcci3n or
Diseño Termodinámico de un Intercambiador de Calor Sistema: Queroseno 42° API- Gasolina 57°API Tania Martínez 2

∆ %TR =

12∗0.00015∗1,502,538.40 ∗2∗ 24 10 ∗

5.22∗10

0.75∗0.652∗1

=

7.6416 ps"

Cn este caso se toma el
(

2

4∗n 62.4  ∆ %Tr= S 2∗144 (

)

Ksan"o el "ato "e masa
(

2

)

4∗n 62.4  4∗2 = ∗0.22=2.3467 ps" ∆ %Tr= 0.75 S 2∗144 (

alculan"o la ;r"i"a "e resi3n total: ∆ %T =∆ %Tr + ∆ %TR =7.6416 ps" + 2.3467 ps" =9.9883 ps"

Cste
(

2.42 Cp∗ $

+

) ( ) 1 3

12 +

D#

0.14

∅T

=

250

(

2.42∗0.5∗0.35 0.0865

)( 1 3

12∗0.0865 0.652

)

1

0.14

h" 0=675.8269

Se rosi'ue con los c0lculos "el 6u=o or el lado de la cora0a( ara lo cual tenemos los si'uientes "atos: DSF27H De!F%85H on lo !ue se ue"en calcular las constantes   ( como:

Diseño Termodinámico de un Intercambiador de Calor Sistema: Queroseno 42° API- Gasolina 57°API Tania Martínez C = %T − D, =1-0.75 =0.25

Don"e  reresenta el claro en el arre'lo "e tu)os Para el c0lculo "e  >searaci3n entre mamaras?( en la rimera iteraci3n se toma como la !uinta arte "el "i0metro "e la coraza( ero con este "ato el
B∗C ∗ D S 144∗ % T

=24*0.25∗27}

2

over {144*1=1.125 ¿

A+ora se calcula el G S( consi"eran"o !ue +a 4 cueros: 750000

GS =

lb hr

Gm 4 = 2 aS 1.1718 ¿

=166,666.67

lb hr

on este "ato se ue"e calcular el nLmero "e .enol"s como:

N RS =

G S∗ D 2.42∗12∗ $

166,666.67 =

lb ∗0.95 hr

2.42∗12∗0.6

=9,087.08

on el
Diseño Termodinámico de un Intercambiador de Calor Sistema: Queroseno 42° API- Gasolina 57°API Tania Martínez f ∗GS∗( N + 1 )∗ D S '

∆ %S =

2

10 ∗

5.22∗10

S∗ D-∗∅S

Para lo cual rimero se "e)e +acer el c0lculo "el nLmero "e asos >1?:

( N +1 )= 12 L = 12∗24 =10 B

25

Por tanto:

(

0.0023∗ 166,666.67

∆ %S =

5.22∗10

10 ∗

lb hr

)

2

10∗27

∗

=

0.77∗0.95∗1

0.5421 ps"

a caí"a "e resi3n se "e)e mantener or "e)a=o "e las 1% si Para este rimer c0lculo se toma φ T como 1(
(

h0= ) * '

2.42 Cp1∗ $1

+ 1

)( ) 1 3

12 + 1

D-

0.14

∅S

(

2.42∗0.57∗0.6 =26 0.079

)( 1 3

)

12∗0.079 0.14 1 0.95

h0= 109.1757

Se calcula el coeciente "e trans#erencia limio como: U & =

1

+

1 1

+

1

h. h" 0 h 0

Don"e se "esrecia el
1 1

+

1

h" 0 h0

=

U & =

1 1 675.8269

+

1 109.1757

=

93.9919


Cste
U C −U D U C ∗U D

=

93.9919−65.4784 =0.004633 93.9919∗65.4784

Cste "ato cumle con estar "entro "e los
12 L

−1 =

B

12∗24 −1 =11 mamparas/ 24

Para las correcciones or
t m=

t 1 + t 2

T m=

2

=

T 1 + T 2 2

80 + 120 =100 ℉ 2

=

300 + 150 =225 ℉ 2

Am)os 6ui"os cuentan con
h0 h "0 + h0

( T m

−

t m ) =100 +

109.17 109.17 + 675.83

( 225−100 )=117.38 ℉

on esta se toman
$.


225 117$, 11777

%45 %48 %5

Se calcula φs como: ∅S =

$1

$ .

( ∅S )

0.14

=

=

0.45 =1.333 0.6

( ) ( ) $ 1 $ .

0.14

0.45 = 0.6

hor&al& = h0∗( ∅ S )

0.14

=

0.14

= 1.041

109.17∗1.041 =113.6626

.ecalcular TR: T .=t m+

h0 h "0 + h0

( T m

−

t m ) =100 +

113.6626 675.83 + 113.6626

( 225 −100 )=117.9962 ℉

.eetir los asos anteriores +asta !ue TR sea constante: μ

φ

Φ%14

%45

1$$$$

1%41

%47

1275

1%$4

%48

12244

1%2,

%5

12%%%

1%25

Por lo !ue se consi"era: ∅S =1.2244

Se corri'e: U & =

1 1

+

1

h" 0 h0

=U & =

1 1 1 + 675.8269 112.3155

= 96.3098

+o 11$ 2 11287 27 112$1 55 11188 ,$

TR 11788 2 1178% 2 117,1 $$ 11777 %1


R! =

U C −U D U C ∗U D

=

96.3098−65.4784 =0.00488 96.3098∗65.4784

Cste
∆ %S ∅

=

0.5421 ps" =0.4427 ps" 1.2244

Cstos

Queroseno 42-Gasolina 57

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