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Calculo del intercambiador, Temperatura media logarítmica, Pérdida por Longitud de Tuberías



* Proyectar una instalación para agua caliente ubicada en el lugar.
* Capacidad: 25000 l/h
* Temperatura de entrada del agua: 20º C
* Temperatura de salida del agua: 90º C
* Vapor para la calefacción: vapor saturado pv =1ate.
* Debera preverse un tanque elevado para agua de reposición, ubicada a 5.00m de altura y una capacidad de 25000 l. se debe estimar como caudal de reposición de 5% del caudal total.
Desarrollo.



Calculo del intercambiador.
De la tabla de vapor obtenemos, para pv = 2ata, la temperatura de saturación es Tv = 119 º C.

Balance térmico.


T= 90-20 = 70º C
GM = 25 m3/h. 1000 k/m3
GM = 25000 kg/h
Cpa = 1
Q1 = GM . Cpa . T
Q1 = 70º C
Q1 = 1750000

Temperatura media logarítmica.

Tmlog =
Tmlog =
Tmlog = 57,689°C

Superficie de intercambio.

La superficie total varia para estos tipos de intercambiadores de k = 1500 a 2000. Adoptamos: k = 2000
A = A = A = 15 m2

Superficie de tubos.

Adoptamos Φ de los tubos Dn = 3/8”
Adoptamos Φ de los tubos Di = 12 mm
Adoptamos l = 2,5 m d De = 17,1 mm

Sup = π. d. l Sup = π. 0,0124m. 2,5m Sup = 0 m2

Número de tubos.
Nt = Nt = Nt = 156

Número de tubos por paso.

Ntp = C: velocidad del agua
C: 1 m/s
Ntp = Ntp = 31
Númerode pasos.
Np= Np= Np = 5
Verificación de k.

1: Coeficiente de convección del lado del agua
e: Espesor del tubo
: Coeficiente de conducción del acero = 38,6 kcal / m2h°C
2: Coeficiente convección del lado del vapor
3: Factor de ensuciamiento

Calculo de 1
Del diagrama Nº22 de acuerdo al Φ exterior 17,5 mm y vapor condensado por m2 , obtenemos 1. Calculamos entonces el condensado.
Condensado
C = GM =

C = GM =

C = 160 GM = 3324



Donde r = calor de vaporización. De tabla r = 526
De tabla 22 obtenemos 1= 11000
Corrigiendo por nº filas = 12 => f = 0,44 y por un factor de temperatura f = 1,7 tenemos:
2 = 11000 . 0, 1.7 = 8228
Calculo de 2.

De obtener de tabla Nº 20 ingresando con velocidad del fluido y diametro interior del tubo. Se obtiene.
2 = 3800
Se corrige por un factor de temperatura media de entrada y salida del agua, f =1 .

2c = 1 2c = 4218
Reemplazando en:


K= 11,2.10-4 + 5.10-5 + 2,3.10-4 + 1,05.10-5

K= 19800

Calculo de cañerías de la instalación.
La velocidad recomendada para el agua varia de 1 a 3/s. adoptamos v = 2m/s

Q = A. V Q = d = d = 0 m

De tabla FITZNER obtenemos:
Φn = 2 ½” – di = 68,8 mm – de = 73 mm

Recalculando la velocidad.
V = V = V = 1 m/s

Cañería de vapor.
Caudal volumétrico de entrada de vapor.
Q1 = G . Cp . T = Q3
Q1 = Q3 = 175000
Calor de vaporización r = 526
GM = = 3324,4
Caudal masico
Caudal volumétrico
Gv = GM . Ves ; Ves = volumen especifico
Gv = 3324, 4 . 0 m3/kg
Gv = 2997,94 m3/h = 0,832 mm3/s

Las velocidades para el vapor son de 40 a 60 m/s adoptamos V = 50 m/s

d = d = d =0,145 m = 145 mm

De tabla adoptamos DM = 6”, di= 148,4 de= 152,4
Recalculando velocidad:
V = V = 48,38 m/s

Salida del condensado.
QCOND = GM Ves H2O = 3324,4kg/h. 0,0010 m3/kg
QCOND = 3,3244 m3/h = 0,000923 m3/s



Velocidad adoptada para la salida del condensado v = 2m/s.

d = = d = 0 m = 24,2 mm

Para evitar inconvenientes en la salida delcondensado adoptamos un diametro del tubo mas grande.
Φn = 2”, de = 50,8, di= 45,8mm
Recalculando la velocidad:
V = V = V = 0,53 m/s
Pérdida de Carga en la Instalación.
Detalle de longitudes de tuberías.
Longitud total de la instalación sin accesorios: Lt = 55,1 m

Accesorios | Cantidad | Dimensión |
Codo de 90º | 17 | 2 ½” |
T | 108 | 2 ½” |
Codo de 90º | 4 | 2 ” |
T | 2 | 2 ” |
Valvula de reducción 2½” a ½” | 1
Valvula compuerta | 9 | 2 ½” |
Valvula globo | 3 | 2 ½” |
Valvula retención | 3 | 2 ½” |
Valvula compuerta | 2 | 2 ” |

Pérdida por Accesorios.
ΣH acc= 7, 21 m.

Pérdida por Longitud de Tuberías.

Re=

De acuerdo al número de Reynolds obtenido se trata de un Régimen Turbulento.
Elegimos Material Acero Comercial- Rugosidad E = 0,006.

Er = = 0, 00087
De tabla. Diagrama de Moody obtenemos: f= 0, 021

Δ Hl = Δ Hl =
Δ Hl = 2

La pérdida total sera:

Htotal = ΣHacc + Δ Hl + ΔHcalent + ΔHmacer.

ΔHcalent
R= = 42800
Tomando Acero Comercial Er = 0, 0048

De Diagrama de Moody f = 0,032.
Reemplazando

ΔHcalent= ΔHcalent= 5 m

La pérdida total en la instalación sera:

ΔHmacer= 1,2 kg/cm2

Htotal = ΣHacc + Δ Hl + ΔHcalent + ΔHmacer.

Htotal= 7 + 2,77 + 5,48 + 12 = 12 m

Htotal = 27,46 m

Espesor de la aislación térmica del tubo = 1”.
Distancia entre tubos según tabla adjunta.







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