Guía de ejercicios - Facultad de Ingeniería - UBA

Guía de ejercicios
Rev 3 Página 62
12 EQUIPOS TUBULARES DE EBULLICIÓN
1. Verificación de un reboiler tipo marmita.
76.49 Operaciones de Transferencia de
cantidad de movimiento y energía
Facultad de Ingeniería
UBA
Ud. trabaja en una refinería como ingeniero de procesos y está involucrado en un proyecto de
ahorro de vapor a tales fines está estudiando un proceso donde se necesita evaporar n-heptano.
Actualmente dicho proceso se realiza con vapor vivo, pero a Ud. se le ocurre que puede utilizar
una corriente de condensado proveniente de otro equipo.
Luego de realizar los pedidos de cotización correspondientes le llega la oferta preseleccionada. El
evaporador propuesto tiene las siguientes características:
Evaporador tipo marmita con un mazo en U (de dos pasos) con 176 tubos de ¾” de diámetro
externo, BWG 16, con arreglo cuadro y un paso de 1” y 4,90 m de largo.
Las características del proceso son:
Evaporar 9000 kg/h de una corriente de n-heptano a 2,2 bar(a) que entran saturados al
evaporador. El calentamiento se efectuará con condensado de vapor de agua saturado que se
encuentra a 4,5 bar(a). Por requerimientos externos se limita el cambio de temperatura del
condensado a 6 ºC y la pérdida de carga del mismo a 50 kPa.
Se pide analizar la factibilidad del diseño si las resistencias de ensuciamiento son 0,88 x 10 -4 m 2
ºC / W para el condensado y 1,76 x 10 -4 m 2 ºC /W para el n-heptano.
2. Verificación de una caldereta vertical de termosifón.
Se deben producir 15500 kg/h de vapor a partir de un producto de fondo de una columna de
destilación cuya composición es formada por 98% butano. La columna opera a 2000 kPa
correspondiente a una temperatura de ebullición de 94.7°C. Se dispone como fuente caliente,
vapor de agua saturado a dos temperaturas: 130°C y 150°C.
En planta se dispone de una caldereta de un paso en coraza, cuyas características son:
Ds: 15.25” con 152 tubos de Do: ¾” BWG 16, arreglados en triángulo (Pt: 1”) y una longitud de 3.6
m. El espaciado entre bafles es de 0.36 m.
Se puede aceptar que el ensuciamiento del vapor de agua es despreciable (Rfo = 0).
En cuanto al coeficiente de ensuciamiento para la evaporación del butano, se dispone de la
siguiente información experimental:
- para una relación de recirculación (caudal total a la entrada / caudal de vapor a la salida) mayor
o igual a 5, el valor de la resistencia de ensuciamiento puede adoptarse como: Rfio = 1.10 -4
m2°C/W.
Se pide:
a) verificar si el equipo disponible puede satisfacer el requerimiento solicitado. Para tal fin, deberá
seleccionar la temperatura de la fuente caliente que considere conveniente y podrá suponer un
coeficiente de transferencia del vapor de agua ho= 8500 W/m2°C.
b) Calcule el coeficiente de transferencia del vapor de agua de condensación y su caída de
presión. Compare con el supuesto en a y analice la suposición.
Propiedades físicas del butano a 94.7°C
Calor latente de vaporización = 225.34 kJ/kg
Propiedad Vapor Líquido
Densidad (kg/m 3 ) 38 434
Viscosidad (cp) 0.0072 0.1
Calor específico (J/kg°C) 2010 2931
Conductividad (W/m°C) 0.0147 0.121