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: