Guía de ejercicios - Facultad de Ingeniería - UBA

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Guía de ejercicios Rev 3 Página 52 4. Diseño de un intercambiador de doble tubo. 76.49 Operaciones de Transferencia de cantidad de movimiento y energía Facultad de Ingeniería UBA Se desea enfriar una corriente de 3000 kg/h de un solvente cuyas propiedades se indican más abajo, desde 40 ºC hasta 30 ºC. Se utilizará para ello una corriente de etilenglicol a 5 ºC, para el cual puede adoptarse una temperatura de salida no mayor de 25 ºC. a) Diseñar un intercambiador de calor de doble tubo apropiado para este servicio, teniendo en cuenta que las pérdidas de carga de cada corriente no debe exceder los 110 kPa y que la resistencia de ensuciamiento del solvente es de 3 x 10 -4 s m 2 ºC / J. Las propiedades del solvente evaluadas a su temperatura media de T = 35 ºC, son: = 790 kg/m 3 Cp = 1922 J / kg ºC = 0,95 cP k = 0,187 J / s m ºC Llenar la hoja de especificación del equipo. b) Diseñar nuevamente el intercambiador pero en lugar de utilizar etilenglicol como refrigerante se emplea agua de pozo a la misma temperatura de entrada de 5ºC y con las mismas limitaciones en cuanto a la pérdida de carga. Compare y analice los resultados obtenidos. c) Para el equipo diseñado en el ítem (b), calcular la temperatura de salida del solvente y del agua para su primer día de funcionamiento (o sea, cuando su resistencia de ensuciamiento sea nula). d) Para el equipo diseñado en el ítem (b), calcular el caudal de agua que se debe emplear para que cuando éste se ponga en funcionamiento (equipo limpio) la temperatura de salida del solvente no sea menor a 30 ºC (o sea, el valor de diseño). 5. Diseño: enfriamiento de tolueno con agua. Se deben enfriar 5040 kg/h de tolueno desde 70 ºC hasta 40 ºC. Para ello se dispone de agua de enfriamiento a 30 ºC en cantidad suficiente. Diseñar un equipo de doble tubo capaz de realizar esta operación, teniendo en cuenta los siguientes requisitos: • Garantizar para la corriente de tolueno una resistencia de ensuciamiento mínima de 2 x 10 -4 ºC m 2 / W. • La temperatura de salida del agua está fijada por requisitos en la torre de enfriamiento y es de 40 ºC. • La pérdida de carga en ningún caso puede exceder el valor tope de 70 kPa. • A los efectos de fijar la geometría del equipo se sabe que: a) el local donde se instalará este equipo permite un largo útil máximo de 5 m. b) las velocidades aconsejadas por razones del proceso son de 1 m/s para ambos fluidos. NOTA: completar hoja de especificación.
Guía de ejercicios Rev 3 Página 53 6. Diseño: Calentamiento de sebo. 76.49 Operaciones de Transferencia de cantidad de movimiento y energía Facultad de Ingeniería UBA A los efectos de recuperar calor se quiere calentar el sebo que va a entrar a un desodorizador discontinuo mediante una corriente de sebo que sale del mismo. Se estima que un valor óptimo desde el punto de vista global del proceso es calentar las 5 toneladas que tiene de capacidad el equipo en media hora. El sebo crudo entra a 50 ºC, mientras que el sebo refinado sale del desodorizador a 200 ºC. Se estima que una diferencia entre las temperaturas de salida del sebo refinado y entrada del sebo crudo satisfactoria estará entre los 20 ºC y 40 ºC. Debido a la gran diferencia de temperaturas, se propone un intercambiador de doble tubo tipo Hair Pin. Diseñar un equipo apto para realizar el servicio pedido. Se admitirá una pérdida de carga de hasta 4 kg/cm 2 en cada corriente. Completar hoja de especificación. 7. Diseño: recalentamiento de vapor de agua con un fluido térmico (Dowterm “A”). Se desea recalentar un caudal de 3600 kg/h de un vapor de agua saturado a 150 ºC hasta llevarlo a 210 ºC. El recalentamiento se realizará mediante el empleo de un fluido térmico (Dowterm “A”) disponible a 260 ºC, el cual debe tener una temperatura de salida del intercambiador no inferior a 230 ºC. La pérdida de carga admisible es de 0,1 bar para el vapor y de 1 bar para el fluido térmico. Se solicita diseñar un intercambiador de calor tipo doble tubo apto para el servicio pedido. Las propiedades del fluido térmico son: 15 ºC 65 ºC 150 ºC 155 ºC 205 ºC 255 ºC 305 ºC 355 ºC 405 ºC Kg/m 3 1063,5 1023,7 990,7 947,8 902,5 854,0 801,3 742,3 672,5 k W/m ºC 0,1395 0,1315 0,1251 0,1171 0,1095 0,1011 0,0931 0,0851 0,0771 Cp J/kg ºC 1558 1701 1814 1954 2093 22231 2373 2527 2725 Pv kPa - - 1 6 28 97 260 580 1132 mPa.s 5,00 1,58 0,91 0,56 0,38 0,27 0,20 0,15 0,12 NOTA: Completar hoja de especificación. 8. Diseño: precalentamiento de una solución con condensado de vapor de agua. Se desean precalentar 1700 kg/h de una solución que contiene 5 % de sulfato de sodio anhidro (Na2SO4) y un 10 % de glicerina ( C3H8O3) desde 20 ºC hasta 45 ºC mediante el empleo de 1330 kg/h de condensado saturado de vapor de agua a 78,4 ºC. Se desea emplear para este servicio un intercambiador de calor del tipo doble tubo. Se solicita diseñar un equipo adecuado para este servicio. NOTA: Completar hoja de especificación.
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