Diseño de un intercambiador de calor

Introducción.

Nuestro grupo de trabajo, está asignado a desarrollar una operación de diseño de un intercambiador en el que se desea enfriar 20.000 kg/h de una solución de NaCl al 25% de desde 90ºC hasta 75ºC usando una corriente de agua a temperatura ambiente. Como condición de diseño tenemos que:

La resistencia por suciedad estimada es de 0,003 hr pie2 ºF/Btu y la pérdida de presión permitida es de 15 psi.

Este equipo, por sus características de trabajo, es uno provisto para intercambiadores para soluciones. Una de las clases más comunes de intercambiadores comprende el enfriamiento o calentamiento, de soluciones para las que hay escasez de datos físicos. Esto es comprensible, ya que se requieren esquemas de propiedad VS temperatura tanto  para las combinaciones de soluto y solvente como para las diferentes concentraciones. Algunos de los datos disponibles en estudios, permiten la formulación de reglas para estimar las propiedades de transferencia de calor de soluciones, cuando estas reglas se usan con considerable precaución. En este tipo de operaciones con sales en agua donde la concentración no excede a 30% y donde se conoce que no resulta una solución siruposa se usa el doble de la viscosidad del agua., porque es tan pequeña que no se puede estimar, estas son las características de nuestros materiales a tratar.

A continuación se muestra entonces el desarrollo de nuestro diseño. Al final, se evalúan las condiciones óptimas, que resumen si nuestro equipo es satisfactorio para el servicio.

Descripción del proceso y costo operativo.

Para el proceso vamos a disponer de los siguientes recursos materiales:

Se dispone de un diámetro interno del lado de coraza DI= 15” pulgadas del lado de coraza, por donde va a ingresar la sal a una temperatura de 90°C y saldrá teóricamente a 75°C, con una concentración del 25% de NaCl, la coraza será de un paso, con un espaciado de los deflectores de 5” pulgadas. Por el lado de tubos va a ingresar el agua a temperatura ambiente aproximadamente 20°C, en contracorriente, el número y longitud de los tubos será de 52, y de 16” pulgadas, siendo un área total de 15 m2, el diámetro exterior de los tubos es de ¾” de pulgadas, siendo de cédula BWG 16, de arreglo en cuadro y 2 pasos.

Los costos operativos por hora de agua son de 174$, y la sal $188893, el costo del equipo en promedio los costos de un intercambiador promedio está cerca de los 15000 dólares.

Cosideraciones.

Las temperaturas de proceso son capaces de proveer una máxima diferencia de temperatura si se arreglan en contracorriente. Entonces es de valor considerar la eficiencia de un intercambiador como la razón de la diferencia de temperatura alcanzada por cualquier intercambiador a la alcanzada por el verdadero flujo a contracorriente. Esto es idéntico con FT, que proporcionalmente  tiene influencia sobre los requerimientos de superficie.

Del balance de calor Q=WC(T1-T2) =wc(t1-t2), de área conocida A, y de la diferencia verdadera de temperatura para las temperaturas de proceso, se obtiene un valor de diseño, o coeficiente de obstrucción Ud. De manera que Uc debe exceder a Ud suficientemente, de manera que el factor de obstrucción, que es una medida del exceso de superficie, permita la operación de intercambiador por un período de servicio razonable.

A su vez la caída de presión permitida para las 2 corrientes no debe excederse.

La caída de presión  presión a través de la coraza de un intercambiador es proporcional al número de veces que el fluido cruza el haz entre los deflectores. También es proporcional a la distancia  del haz, cada  vez que lo cruza.

De nuestra experiencia se demuestra que estas exigencias se han cumplido, por lo tanto el diseño es satisfactorio para las condiciones de servicio requeridas.

Sitios web visitados.

https://www.salesdelcentro.es/productos/sal/salmuera/1139628

https://www.aguascordobesas.com.ar/InfoUtil/ver/34/valores-vigentes

http://www.proenergia.org/436737176