Intercambiador de calor en el softwate DOUBLE PIPE HEAT EXCHANGER DESING

Algunas partes del proceso:

eset el nombre del programa proporcionado por el profesor

Proceso

Proyecto de Intercambiador de calor de isopentano

hola que tal a continuacion les presento mi proyecto de un intercambiador de calor de isopentano liquido.

INTERCAMBIADOR DE CALOR DE ISOPENTANO


Especificaciones generales del proceso:

Flujo caliente: Isopentano 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 construccion: 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 construccion de concha y tubo. El agua se colocará a ¾” en tubos rectos para limpieza.



Datos:

Compuesto: Isopentano (C5H12)
P= 35bar
Flujo masico= 50Kg/s
T. Entrada= 113oC
T. Salida= 38oC
Cp= 2.32 Kj/Kg*K


Sobre Diseño de 25% de superficie
Vmax= 1.5 m/s
Vman= 3 m/s
P= 100Kpa
Tol= 10%
Log. Tuberia= 10m
Cr= 0.5

Tubos Simples
Carcasa y Tubos de ¾ª rectos

Desarrollo


Utilizaremos el método LMTD para el análisis de intercambiadores de calor

Metodo LMTD

Tenemos la transferencia de calor existente es de:
Q=mhChΔT
Q=(50Kg/s)(2.32KJ/Kg*K)(113-38)C Q=8700Kw
Tprom=(17+27)/2 Tprom=22oC

Para el flujo másico del compuesto:

Mc=(Q/ChTh)
Mc=(8700Kw)/1*(22-50) Mc=-310.714 Kg/s

AHora emplementaremos el metodo LMTD:

ΔTm(Th1-Tc4)-(Th2-Tc3)/ln(Th1-Tc4/Th2-Tc3)
ΔTm=(113-17)-(38-27)/ln(113-17/38-27) ΔTm=39.2346

Velocidad media del Flujo:

Vm=Vmax+Vmin/2 Vm=(3+1.5)/2 Vm=2.25m/s

Para proceder al aérea externa de la corriente:

Ao=m/pVm Ao=310.71Kg/s /(1000Kg/m3)(2.25m/s) Ao=0.1380m2

Par ala temperatura del factor de corrección:

R=(Th1-Th2)/(Tc2-Tc1) R=(113-38)/(50-20) R=2.5
P=T2-T1/T1-T2 P=28/63 P=0.44

Para obtener el area de cada tubo:

A=¶d A=¶(0.01905m) A=0.0598m2
Do=((4*0.02856)/¶)1/2 Do=.19069m

Y para el N de tubos se determina asi:
A=n¶d2/4 n=4ª/¶d2 n=4*0.1380/¶(.01905m)2 n=484 tubos

El coeficiente de transferencia:
Uo=1/0.00018 Uo=5555.5 w/m2*C

Resistencia térmica:
R=1/UoAo R=1/(5555.5*0.1380) R=0.001304 w/C

A continuación se calcula la viscosidad dinámica:
V=u/p V=1.0002*10-3/1000) V=1.0003*10-6 m2/seg

Y Obtenemos el nuero de Re

Re=(2.25m/s)(0.19069m)/1.0003*10-6m2/seg Re=428931 entonces el

Pr=1.5menor Prmenor 500 3000≤Re≤10*6 Re≥Pr(7.01)

Nu=0.012(Re*.54-280)Pr*0.4 Nu=0.012(428931*.54-280)(7.01*.4) Nu=2699.77

Para el coeficiente de transferencia de Q exterior:
Ho=U/Do Nu Ho=93.7/(0.1909m)(2699.77) Ho=1.32Mw/m2C

Procederemos a el valor de la velocidad masica del agua:
Gfrio=m/Ao Gfrio=155kg/s/.1380m2 Gfrio=1123.19 Kg/m2s

Calculamos el flujo exterior:
Φ=0.019m=3/4¨
A1=¶(0.019)2/4n A1=0.00028m2

Sacamos el coeficiente de calor interior:
R=1/UoAo= Uo=1/RA1 Uo=1/0.001304*0.00028) Uo=2.73*106 w/m2C

La temperatura calorífica del caliente es:
T=38-113/2 T=75C Tc=38+0.4(75C) Tc=68C

Obtenemos el valor de la velocidad másica del flujo caliente:
Gcaliente=50kg/s/10*484*2/3 G=0.08111Kg/m2s

Dado este resultado es para obtener la carga para los tubos horizontales:
A continuación para la caída de presión:
Af=4FG2L/2gp2D El factor de friccion
F= 0.0035+0.264/0.19069*1123.19/1.002*3 F=0.003501

Para la caída de presión:
Af=4*0.003501*1123*2*10/2*9.81*1000*19059 Af=47.2292Kpa

Para obtener la caída de presión del fluido caliente
U=Vmp u=1.0003*10-2 X 0.000626
U=6.26*10-10

El numero de Re del isopentano:
Re= DaG1/u Re=0.019*176056.33/6.26*10-10 Re=5.343*1012

Sacamos el valor de factor de fricción del fluido caliente:
F=0.0014+0.125/0.019*176056.33/6.26 F=0.0014

Y para seguir con la caída de presión se tiene que:
Af=32(6.26*10)(176056.33)/2*9.81*0.000626*0.019 Af?15.11Kpa

Coeficiente de transferencia de calor interna:
H2=Q/A1Δ1 h2=8700/0.000284*75 h2=408451 w/m2C

Coeficiente de transferencia total:UT=1/(1/h1+1/h2) UT=1/(1/408451+1/1320000) UT=311930

Y asi con esto les presento el diseño del intercambiador de calor de isopentano liquido y a contunuacion les presento un intercambiador parecido al que les presento en este proyecto:

Investigacion Sobre La Lecheria Lucerna S.A de C.V

Lecheria Lucerna

Un intercabiador de calor es un dispositivo diseñado para transferir calor de un fluido a otro, sea que estos estén separados por una barrera solida o que se encuentren en contacto. Son parte esencial de los dispositivos de refrigeración, acondicionamiento de aire, producción de energía y procesamiento químico.

Lechería Lucerna
Ramón Rayón No. 1351, Ciudad Juárez Centro, Chihuahua 32000

Tel: 656.682-0431

Listado en : cremas, leche, yoghurt, queso, leche y productos Lucerna

En la transferencia de calor existen diversas aplicaciones a lo largo de toda la rama industrial a nivel mundial ya sean intercambiadores de calor, calderas, sistemas de enfriamiento, acondicionamiento en aéreas industriales etc.

Mi propósito es investigar acerca de algunas de las aplicaciones de la transferencia de calor lo cual me llevo a la investigación de cierto tipo de intercambiador de calor especializado en la pasteurización de productos lácteos así como otros tipos de productos etc.

Al investigar sobre este tipo de intercambiador de calor me vi ala tarea de buscar empresas que pastericen ciertos artículos alimenticios y en este caso encontré la Lechería Lucerna ubicada en Cd. Juárez Chihuahua con dirección en Ramón Rayón No. 1351, Ciudad Juárez Centro donde fabrican productos lácteos.

Por consiguiente para llevar a cabo ciertos procesos en la lechería y que la transferencia de calor se aplique en este tipo de industria hay varios procesos pero enfocándonos en los intercambiadores de calor constan de algunos parecidos a lo cual me base en uno que se le asemeje mas y tal es el caso del Intercambiador Baseline.

Tipo de Intercambiador Baseline
Recomendado en refrigeración y calentamiento de productos lácteos y viscosos, cervezas y bebidas y pasteurización en algunas aplicaciones.El intercambiador consta de un conjunto de placas metálicas acanaladas con orificios para permitir el paso de dos fluidos entre los que se realiza la transferencia de calor, montado entre una placa bastidor y otra de presión y se mantiene apretado mediante pernos tensores.Se presentan los siguientes tipos de placas: M3, M6, M6M, M10B, M10M y TL10B.

Aplicación
Refrigeración y calentamiento de productos lácteos y viscosos,
cervezas y bebidas y pasteurización en algunas aplicaciones.

Principios de funcionamiento
El intercambiador de calor de placas consta de un conjunto de placas metálicas acanaladas con orificios para permitir el paso de dos fluidos entre los que se realiza la transferencia de calor.
El conjunto de placas está montado entre una placa bastidor y otra de presión y se mantiene apretado mediante pernos tensores. Las placas están provistas de una junta estanca que sella el canal y envía a los fluidos hacia canales alternos. El número de placas va en función de la velocidad de flujo, las propiedades físicas de los fluidos, la caída de presión y el programa de temperatura. El acanalado de las placas provoca un régimen turbulento del fluido y contribuye a que lasplacas resistan a la presión diferencial.

Tipos de placas
M3, M6, M6M, M10B, M10M y TL10B.

Materiales estándar

Placas
Acero inoxidable AISI 316, titanio o SMO.

Juntas estancas
Nitrilo-FDA, EPDM o EPDM-FDA.
Diseño de la presilla.

Bastidor
Bastidor y placa de presión en acero inoxidable sólido. Todas las piezas bañadas en acero inoxidable a prueba de ácidos. Superficies externas en varios grados de acero inoxidable. Tuercas móviles en los pernos tensores en latón chapado en cromo.

Datos técnicos

Presión del diseño mecánico (g) / Temperatura
10 bar / 150°C

ConexionesPiezas macho DIN, SMS, Abrazadera triple, B.S./RJT y IDF/ISO.

Opcional
A. Chapa de protección
B. Acabado 3-A
C. Patas regulables, bajas o altas
D. Llave
E. Certificados de pruebas y del material
F. Pruebas realizadas por empresas de inspección homologadas


Conexión BASE-3 BASE-6 BASE-10 BASE-11
Diámetro en mm 25 51 76/101.6 76/101.6


Capacidad BASE-3 BASE-6 BASE-10 BASE.-11
Pasteurización l/h - 6.000 9.000 15.000
Calentamiento/refrigeración l/h 4.500 15.000 65.000 70.000

Agua l/h 8.800 35.000 130.000 130.000

Y en un proceso de pasteurización en donde se utiliza un intercambiador de calor de este tipo se describe a continuación:

La pasteurización continua tiene varias ventajas por encima del método de pasteurización por lotes (vat), siendo la más importante el ahorro de tiempo y energía. Para la mayoría de los procesamientos continuos, se utiliza un pasteurizador de tiempo breve a alta temperatura (high temperature short time / HTST). El tratamiento de calor se lleva a cabo utilizando ya bien un intercambiador de calor a placas (PHE) o un intercambiador de calor tubular. El intercambiador a placas consiste de una pila de placas de acero inoxidable corrugado prensadas dentro de un marco. Hay varios patrones de flujo que pueden ser utilizados. Se utilizan empaques para definir las fronteras de los canales y evitar fugas. El medio de calentamiento es normalmente vapor o agua caliente. Los intercambiadores de calor tubulares se utilizan cuando los fluidos contienen partículas que bloquearían los canales de un intercambiador de calor a placas.

La Ultrapasteurización (UP) es un proceso similar a la pasteurización HTST, pero utilizando equipo ligeramente diferente, temperaturas más altas y tiempos más prolongados. La pasteurización UP resulta en un producto con vida útil más prolongada pero que aún requiera de refrigeración. Otro método, la esterilización Ultra High Temperature (UHT) (Temperatura Ultraelevada) eleva la temperatura de la leche a por lo menos 280° F durante dos segundos, seguido de un rápido enfriamiento. La leche pasteurizada UHT empacada de forma aséptica resulta en un producto "de vida de anaquel estable" que no requiere de refrigeración hasta que se abre.

A continuacion les mostrare una tabal de algunas temperaturas:

Tabla de Pasteurización de Lácteos - tome en cuenta que las temperaturas y los tiempos de pasteurización no son aplicables a productos de huevo.

Temperatura Tiempo Tipo de Pasteurización
63°C (145°F) 30 minutos Pasteurización VAT
72°(161°F) 15 segundos Pasteurizacion High
89ºC (191ºF) 1.0 segundo Ultra Pasteurización (UP)
90ºC (194ºF) 0.5 segundos Ultra Pasteurización (UP)
94ºC (201ºF) 0.1 segundos Ultra Pasteurización (UP)
96ºC (204ºF) 0.05 segundos Ultra Pasteurización (UP)
100ºC (212ºF) 0.01 segundos Ultra Pasteurización (UP)
138ºC (280ºF) 2.0 segundosEsterilización Ultra-high temperature (UHT)

Fuente: website de IDFA. Encabezado de página: Pasteurización: Definición y Métodos - http://www.idfa.org/facts/milk/pasteur.cfm.

Un sistema de pasteurización normalmente contiene los siguientes componentes:

Tanque de balance con conjunto de válvula de flotación
Regenerador
Homogenizador de alta presión
Bomba de desplazamiento positivo equipada con un variador de velocidad o una bomba centrífuga con medidor de flujo magnético y controlador
Tubo de sostenimiento
Registrador-controladoror
Dispositivo de desviación de flujo
Rompedor de vacío
Separador (clarificador)
+ algo de automatización e integración de procesos.

Y es así como la ciencia de transferencia de calor tiene algunas de sus aplicaciones en la industria de lo alimentos lácteos.

Esta es mi investigacion acerca de las aplicaciones de la tranferencia de calor y en este caso mas especifico la aplicacion de un intercambiador de calor.