ducumento final proyecto ing. de calor
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8/17/2019 Ducumento Final Proyecto Ing. de Calor
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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO.
FACULTAD DE QUÍMICA.
“PROYECTO INGENIERÍA DE CALOR”
ALUMNOS:
García Ochoa Jesús Christian
Hernández Salazar Emilio
Isidro Guadalupe Ana Lucero
Mendoza Meía !iana Itzel
"e#a $e%es &íctor Leonel
$uiz "'rez (renda
Ciudd U!i"#$%i&$i' M()i*+' DFCARTA DE TRANSMISIÓN
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8/17/2019 Ducumento Final Proyecto Ing. de Calor
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"ro%ecto In)eniería de calor
México Distrito Federal, 13 de Mayo del 2014
Para el Ingeniero Químico arlos !l"are# Maciel$
% tra"és de la &resente, nuestra com&a'ía ()*IQ +(oluciones en Ingeniería Química
nos &ermitimos &resentar el &royecto “Tren de precalentamiento para una torre defraccionamiento de petróleo crudo despuntado”.
Para -ue un .lu/o de 10 000 PD de &etrleo crudo des&untado a 0F salga de untren de &recalentamiento a 00F, y -ue des&ués entre al calentador a .uego directo+5orno &re"io a la torre de .raccionamiento de cual se re-uiere -ue el .lu/o de&etrleo crudo des&untado salga a 660F, se 5acen las siguientes recomendaciones7
8l tren de &recalentamiento estar9 com&uesto de 1: intercam;iadores de 5a# yen"ol"ente< se em&learan las corrientes &ro"enientes del .raccionamiento &rimario delcrudo &ara calentar el &etrleo crudo< la to&ología de las corrientes &ara todos los
intercam;iadores ser9 -ue el &etrleo estar9 en tu;os y los .raccionamientos&rimarios del crudo +na.a, tur;osina, -uerosina, diésel, gasleo &esado y residuo &or la cora#a$
Para este &roceso de &recalentamiento se consider el uso de una ;om;a &araim&ulsar al &etrleo crudo des&untado 5acia el tren de &recalentamiento, y uncalentador a .uego directo +5orno &ara aumentar .inalmente la tem&eratura del&etrleo crudo a 660F, -ue des&ués entrara a la torre de .raccionamiento$
8l osto estimado &ara la in"ersin inicial en e-ui&os de Intercam;iadores de alor yel =orno, %gua y >a&or de Proceso es de7 9, 825, 760 US$
(in m9s &or el momento nos des&edimos dese9ndole éxito en todas sus la;ores$
ordialmente ()*IQ
_____________ _____________ ____________
Isidro ?uadalu&e %na *ucero =ern9nde# (ala#ar 8milio ?arcía )c5oa @esAs 5ristian
_____________
______________ _____________
Mendo#a Me/ía Diana It#el Pe'a Beyes >íctor *eonel Bui# Pére# renda
PLANTEAMIENTO DE LA RESOLUCIÓN DEL PROBLEMA
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"ro%ecto In)eniería de calor
8l &etrleo es un recurso de alto "alor industrial y econmico, &ues de él seextraen agentes -uímicos de gran utilidad, adem9s de di"ersos ti&os decom;usti;les7 gasolina, diésel, com;ustleo, entre otros$ *a se&aracin del&etrleo crudo en sus .racciones &rinci&ales se lle"a a ca;o en una &rimer torre
de destilacin +.raccionamiento &rimario, la cual consume una gran cantidadde energía$ Para a&ro"ec5ar al m9ximo los recursos energéticos, se a&ro"ec5ala energía térmica de las .racciones de la destilacin &rimaria del &etrleo &aracalentar al crudo &re"io a su entrada a la torre de destilacin$ 8sto se e.ectAamediante un tren de &recalentamiento consistente en una serie deintercam;iadores de calor, como se muestra en la .igura siguiente7
% las di.erentes .racciones de &etrleo em&leadas en los intercam;iadores decalor del tren de &recalentamiento, se les somete a un re.inamiento &osterior
&ara trans.ormarlas en &roductos de un alto "alor agregado$
PB)*8M%7
Cna corriente de &etrleo crudo de 3%PI y con un .lu/o de 10,000 PD,entra a una serie de intercam;iadores de calor &ara incrementar sutem&eratura de 0F 5asta 00F, em&leando las corrientes &ro"enientes del.raccionamiento &rimario del crudo$ (i los intercam;iadores de calor son de 5a#y en"ol"ente, dise'a el tren de &recalentamiento$
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"ro%ecto In)eniería de calor
(e tra;a/ con las siguientes &ro&iedades, las cuales .ueron calculadas en;ase a la tem&eratura &romedio +tm o m de entrada y salida &ara cadasustancia7
o&ología de las corrientes7
(e &lantea -ue &or dentro del tu;o "aya el &etrleo de;ido a su alta "iscosidad
Ejemplo Querosina
%lgoritmo de c9lculo7
vq=4700 Barriles
Día =0.31
f t 3
s
W =vq∗densidad querosina
W =0.31f t
3
s
∗54.3123 lb
f t 3=16.8368
lb
s
Petrleo
vp=105000BPD=6.83f t 3
s
w=vp∗densidad petroleo
w=6.83 f t
3
s
∗59.3065 lb
f t 3=405.06
lb
s ∗3600 s
1h
=1458228.222 lb /h
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"ro%ecto In)eniería de calor
Primero se &lantea calcular la carga térmica en ;ase a la tem&eratura de salida
del intercam;iador anterior, -ue es t 1 , o en el caso de la na.ta, la
tem&eratura del &etrleo es 0F, t 2 es una tem&eratura su&uesta a la -uedeseamos salga el &etrleo$
8n ;ase a esto se &lantea lo siguiente, calculando la carga térmica7
q=wC p petróleo∗(t 2−t 1)
on lo -ue se o;tiene el calor -ue se trans.eriría$
Des&e/ando la tem&eratura de salida de la -uerosina T 1
T 1= q
wC pdestilado+T 2
alculando el coe.iciente de trans.erencia de calor del lado de los tu;os
μiμw
¿0.14 (did0)
d i vi ρiμi
¿0.8(Cpi μik i )1
3 ¿
hio dik i
=0.027¿
Primero de;emos conocer los di9metros, se &ro&one tra;a/ar con un di9metrocalculado mediante la ecuacin de arloE
d0=1∈, di=0.87∈¿
(e &uede conocer el nAmero de Beynolds con las &ro&iedades del &etrleo
ℜ=di v i ρi
μ i=
d i∗G
μ i
Pr=Cp∗ μ
k
ℜ¿0.8 ( Pr )1
3 ( k id
0
)
hio
∅t
=0.027¿
on lo -ue &odemos calcularhio
∅t
( BT
h f t 2! "
)
Pode#os$al$ular el a ft
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a ft =W t
Gt ( f t 2)
GT =flu%o volu#&tri$o∗ ρ petróleo( lb
f t 2
∗s
)
a ft =W GT
(f t 2)
a f /tubo=' 4
d i2(f t 2)
( tubos= aft a f
tubo
=
W GT
( f t 2)
' 4 d i
2
( f t 2
)
= ()#ero de tubos
Pt =1.25d0∈¿
Pt =$ * −d0 $ * = Pt −d0(¿)
oe.iciente de trans.erencia del lado de la cora#a7
μ0μw
¿0.14
d0 v0 ρ0μ0¿0.8( Cp
0 μ0k 0 )1
3¿
ho dek 0
=0.027¿
de= Di+#etro equivalente , $onsiderandoun arrelo tri+nular
de=4 (
1
2 P t (0.86 )−
1
2'
d2
4)
1
2
'd
(¿)
on las &ro&iedades del &etrleo a las tem&eraturas medias se &uede o;tener
ℜ¿0.8 ( Pr )1
3 (k sde)
ho∅s
=0.027¿
Cna "e# -ue se calcula ese término se &uede sustituir en la siguiente ecuacin
considerando nue"amente -ue el &etrleo "a &or dentro y el .luido caliente "a&or .uera7
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t w=t #+( 1
hio∅t
)
( 1
ho∅t )
+
( 1
hio∅s )
(T #−t #)
8n caso de -ue el .luido caliente "aya &or .uera, -ue es lo -ue ocurre en el&royecto7
T w=T #−
( 1
ho∅t
)( 1
ho∅t )
+( 1
hio∅s )
(T #−t #)
Cna "e# reali#ado esto &odemos o;tener las "iscosidades acorde a latem&eratura de &ared y calcular ∅t -∅s
μ t
μwt ¿
0.14
∅t =¿
μs
μws¿0.14
∅s=¿
Posteriormente &rocedemos a calcular el coe.iciente de trans.erencia de calor
&ero antes de eso necesitamos o;tener hio - ho
hio=(hio
∅t )∗∅t ( BT h f t 2 ! " )
ho=( ho∅s )∗∅s( BT
h f t 2! " )
Cna "e# calculado esto &odemos o;tener el coe.iciente glo;al de trans.erenciade calor lim&io7
$=
1
1hio
+ 1ho
( BT
h f t 2! " )
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"ro%ecto In)eniería de calor
(e &uede calcular el coe.iciente de calor sucio considerando el .di - .do am;os datos del ern$
D= 1
1 $
+ .di+ .do
( BT
h f t 2
! "
)
Cna "e# o;tenido este "alor se &uede &roceder a calcular el 9rea detrans.erencia de calor7
q= D∗ /T ∗ 01TD∗ " t ( BT
h f t 2! " )
" t es un "alor -ue se &uede o;tener del ern, es un .actor de correccin
Posteriormente &odemos calcular el 9rea de trans.erencia de calor y el *MDcon las tem&eraturas esta;lecidas &re"iamente$
/T = q
D∗ 01TD(f t 2)
01TD=(T 1−t 2)−(T 2−t 1)
ln (( T 1−t 2 )
(T 2−t 1))
(! " )
Posteriormente se &rocede a calcular el nAmero total de tu;os7
( TotalTubos= /T
/ tubos=
/T ( f t 2)
' ∗d0∗ 0( f t 2)
on este "alor se &uede calcular el nAmero de &asos, recordando -ue se tiene-ue redondear a un "alor entero$
on el nAmero total de tu;os se &uede o;tener el nAmero de &asos
( pasos t = ( TotalTubos ( Tubos / paso
( pasoss= ( pasos t
2
Cna "e# o;tenida la con.iguracin del intercam;iador &odemos o;tener la
correccin del 9rea de trans.erencia de calor /T
.=T 1−T 2t 1−t 2
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"ro%ecto In)eniería de calor
3= t 2−t 1T 1−t 1
8stos "alores se &ueden correlacionar en las gr9.icas de las &9ginas 33G3H
del ern, de acuerdo a la con.iguracin -ue se tenga$
);tenemos con ello un "alor de correccin " t , el cu9l &odremos em&lear&ara o;tener el 9rea de trans.erencia de calor con una modi.icacin, donde
/T es el 9rea de trans.erencia de calor &re"iamente o;tenido, el cual es
e-ui"alente a tener un " t =1 $
/T$= /T " t
( f t 2)
Podemos o;tener de nue"a cuenta el nAmero total de tu;os con esta 9reacorregida$
( TotalTubos= /T$
' ∗d0∗ 0
Cna "e# o;tenido esto se &uede &roceder a calcular el di9metro de la cora#a,&ara esto se &uede considerar un arreglo triangular
Ds=1.15∗ Pt ∗√ ( TotalTubos (¿)
%rreglo de di9metro e-ui"alente &ara el c9lculo del nAmero de Beynolds
/rrelo $uadradode=4 ( Pt 2−
' d2
4 )
'd =
4 Pt 2−' d2
'd
/rrelo tri+nular de=3.44 P t 2−' d2
'd
aídas de &resin
Por el lado de los tu;os
4 Pt =4 P tubos+4 P retornos
Para calcular la caída de &resin en los tu;os utili#amos7
4 P tubos= ¿2 f 5 ( +1
5.22 6 1010 di3∅t
Para &oder o;tener el .actor de .riccin en los tu;os, calculamos el nAmero deBeynolds en los mismos$
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"ro%ecto In)eniería de calor
.et =diGt
μt
Donde ( +1=12 0B
Para el c9lculo de la caída de &resin en los retornos
4 P retornos=4n3 ( 7
2
2$ )( psi)Del lado de la cora#a utili#amos7
8 Ps= f (Gs )2 Ds( ( +1)
5.22 6 1010
de3, sϕ
am;ién &ara &oder o;tener el .actor de .riccin , calculamos el nAmero deBeynolds
.es=deGs
μs
Para reali#ar la correccin del 5o se reali#a la siguiente correccin mediante elsiguiente método$
Méo!o !e Bell
h$ora9a=hideal∗: $∗: l∗: b∗: s∗: r
Dnde7
: $= "a$tor de $orre$$ón por la$onfiura$iónde la#a#para
: l= "a$tor de $orre$ión paralosefe$tos de fuasla #a#para
: b= "a$tor de $orre$ión paralos efe$tosdederra#es en el ha9 detubos
: s= "a$tor de$orre$ión parael espa$ia#ientodesiual
delas #a#parasenla entrada - /os+lida
: r= "a$tor de$orre$$ión parala a$u#ula$iónde radientesadversos
$onn)#eros de .e-nolds #enores a100
Para &oder calcular estos .actores se &lantea calcular ciertos &ar9metros -ue
inter"ienen, los cuales se muestran a continuacin$
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"ro%ecto In)eniería de calor
8s&aciamiento de los tu;os &aralelos al .lu/o p p
Para arreglos triangulares7
p p= p∗sen(' 3 )
Para arreglos cuadrados
p p= p
Para es&aciamiento de los tu;os en direccin normal al .lu/o
Para arreglos triangulares7
pn= p∗cos(
' 3 )
Para arreglos en cuadrados7
pn= p
Amero de 5ileras de tu;os cru#ados en una seccin de .lu/o trans"ersal
( $=
Ds[1−2∗( l$
Ds)]
p p
Dnde7
l$= /lturade la#a#para
l$ D s
=Cortedel defle$tor
Podemos calcular la .raccin de tu;os
Ds= Día#etrod e la$ora9a
" $=1
' [' +
2∗ D s−2 l$ Dotl
∗sen (cos−1 Ds−2l$ Dotl )−2cos−1(
Ds−2 l$ Dotl
)]
Dotl= Ds∗112
= Dí+#etrolí#ite e;terior de tubos de la $ar$a9a
am;ién &odemos calcular el nAmero de 5ileras e.icaces de .lu/o trans"ersal en
cada "entana ( $w
( $w=0.8 l$
p p
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"ro%ecto In)eniería de calor
8l 9rea de .lu/o trans"ersal en la línea central o cerca de ella &ara una seccinde .lu/o trans"ersal 3# se &uede o;tener de la siguiente manera7
Para con.iguraciones cuadradas7
3#=B [ D s− Dotl+ Dotl−d0
pn∗( p−d0 )]
Dnde7
d0= Di+#etro e;terior de los tubos
Para con.iguraciones triangulares7
3#=B [ D s− Dotl+ Dotl−d0
p ∗( p−d0 )]
)tro &ar9metro es la .raccin de 9rea de .lu/o trans"ersal dis&oni;le &ara el
.lu/o de des"iacin " bp
" bp=( d i− Dotl)∗B
3#
!rea de .uga entre tu;os y mam&aras7
3 tb=b∗d02∗ ( T ∗(1+ "$)
Dnde ; es un .actor
b=1.701∗10−4
(e &ueda calcular el 9rea de .uga entre la carcasa y la mam&ara7
3sb= Ds
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9lculos &ara o;tener el 9rea de .lu/o a tra"és de la "entana7
' cos−1(1−
2∗l$ D s )−(
1−2∗l$ Ds )∗√
1−(1−
2∗l$ D s )
2
3w= Ds
2
4 ∗¿
Dnde7
3wt = ( T 8 ∗(1− " $)∗' ∗d0
2
(umando am;os términos o;tenemos7
3w=3w+3wt
Betomando7
3w= >reatotal de laventana
3wt = >reao$upada por lostubos en la ventana
3w= >reade flu%o a trav&s dela ventana
Podemos calcular el 9ngulo de corte de la mam&aras + ?b ¿ en radiantesmediante la siguiente ecuacin7
?b=2∗cos−1(1−
2∗l$ Ds
)
alculando el nAmero de mam&aras
( b=12∗ 0
B −1
Cna "e# calculados estos &ar9metros se &uede &roceder a o;tener los .actoresde correccin mediante gr9.icos &ro&orcionados$
Corre""i#n !e las "a$!as !e presion
8 Pbk =b @ f k w
2 (
$
ρ 3#2
@( μ# μ )0.14
;J1$432eG0: &ara sistema internacional +adim$
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"ro%ecto In)eniería de calor
;J3$32H2eG11 &ara sistema inglés +adim
aída de &resin &ara una seccin una "entana ideal + 8 P k w
si ℜA100
4 PWk =b @W
2(2+0.6 ( $w)
3 w @ 3 # @ ρ
;J1$4328G0: &ara sistema internacional +adim
;J3$3228G11 &ara sistema inglés +adim
&osteriormente ;uscamos en gra.icas los .actores de correccin
;uscamos el .actor de correccin &or el e.ecto de la .uga en los de.lectores +Bi
tam;ién el, .actor de correccin &ara la des"iacin del 5a# de tu;os +B;
calculamos la caída de &resin del lado de la carcasa
( (b−1 ) @ 4 Pbk
1+ ($w
n$4 Ps=[¿@ .b+ (b @ 4 P# ] .s+24 Pbk @.b @ ¿
MEMORIA DE C%LCULO
8n las siguientes ta;las se muestran los resultados &ara cada arreglo con elalgoritmo antes es&eci.icado$
Arre&l# ' (na)a*per#leo+
Gt (lb/h*ft^2) 500000 Número total de
tubos 1132
Ret
3242.073
75
Número de pasos
lado tubo 8
Prt97.57524
91 número de pasos
shell 4hio/φt
(btu/h*ft^2*F)49.92520
87 R4.440284
84
aft por tubo (ft^2)0.008659
01 S0.214973
92numero de tubos
por paso 149 Ft 0.98
pt (in) 1.725 s (in)72.56263
48
!" (in) 0.225 s (ft) 6.04688624
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"ro%ecto In)eniería de calor
Gs (lb/h*ft^2) 100000 afs (ft^2) 1.19637668
Res 8583.76843
# (ft) 1.5168503
Prs 3.999606
65
$%&
'#&S
t (ft/s) 2.649540
04ho/φs
(btu/h*ft^2*F)99.80634
85 0.00038
'+ (F) 132.270041
S, 0.84
φt 1.10899471
-pt (psi) 2.97697388
φs 0.98535778
-p retorno(psi) 0.032
hio (btu/h*ft^2*F)55.36679
24 -p total tub(psi)3.200973
88
ho (btu/h*ft^2*F)78.74280
5$%&
!&R%.% S, 0.65
(btu/h*ft^2*F)32.50875
87 0.0022
d (btu/h*ft^2*F)28.76792
11 s (ft/s)0.529908
01
$0'28.55484
42 -ps tot (psi)3.977968
39
Arre&lo , (ur-osina*per#leo+
Gt (lb/h*ft^2) 240000 Número total de
tubos 1234
Ret 2606.627297 Número de pasos
lado tubo 4
Prt 61.52150581 número de pasos
shell 2
hio/φt (btu/h*ft^2*F) 35.49359148 R 0
aft por tubo (ft^2) 0.008659015 S0.170367
57numero de tubos por
paso 303 Ft 0.98pt (in) 1.725 s (in) 69.67671
Página 15
01'&& #1$$l 1.8141 Swg 29.9409 Ssbstb/sm 0.0022
pp 0.1245 S+ 33.4008 ssb/ssbstb 0.8870
pn 0.0719 Nb 13.1852 3l 0.9800
N 19.4291 Δp wk 0.0603 nn+ 31.0866
otl 5.9636 Fk 0.1500 3r* 0.4400
F 0.5019 Δp bk 0.2223 3r 1.0000
N+ 11.6575 Nss 4 0.8900Sm 17.6492 Rb 1.0000 3b 0.9000
Fbp 0.5035 Ri 0.9000 4S 1.0200
stb 0.0044 Δps 3.8727 multipliaion 0.8007
ssb 0.0348 5Sb 0.0058
S+, 29.9409
a 0.4000
S+t 3.4599
-
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"ro%ecto In)eniería de calor
13
!" (in) 0.225 s (ft)5.806392
61
Gs (lb/h*ft^2) 40.0106398 afs (ft^2)0.883433
22
Res 10076.59772 # (ft) 0
Prs 3.8533336$%&
'#&S t (ft/s) 0.225
ho/φs (btu/h*ft^2*F) 69.67671127 0.00033
'+ (F) 213.5762174 S, 0.82
φt 1.108994712 -pt (psi)0.300142
3
φs 0.985357783 -p retorno(psi) 0.0085
hio (btu/h*ft^2*F) 55.36679243 -p total tub(psi)0.325642
3
ho (btu/h*ft^2*F) 78.74280505$%&
!&R%.% S, 0.63
(btu/h*ft^2*F) 32.50875869 0.0022
d (btu/h*ft^2*F) 28.76792107 s (ft/s)0.542852
8
$0' 28.55484417 -ps tot (psi) 2.521822
metodo de bell
l 1.7419 Swg 27.6067 Ssbstb/sm 0.0029pp 0.1245 S+ 31.3762 ssb/ssbstb 0.8737
pn 0.0719 Nb 18.1457 3l 0.9800
N 18.6564 Δp wk 3.2674 nn+ 29.8502
otl 5.7231 Fk 0.0200 3r* 0.4900
F 0.5022 Δp bk 34.7040 3r 1.0000
N+ 11.1938 Nss 4 0.8800
Sm 13.0113 Rb 1.0000 3b 0.8400
Fbp 0.5037 R1 0.7500 4S 1.0200
stb 0.0048 Δps 3.7310 multipliaion 0.7389
ssb 0.0334 5Sb 0.0058S+, 27.6067
a 0.4000
S+t 3.7695
Arre&lo . (/uerosina*peroleo+
Gt (lb/h*ft^2) 400000 Número total de
tubos 587
Ret 4965.004374
Número de pasos
lado tubo 2Prt 55.65267795 número de pasos 1
Página 16
-
8/17/2019 Ducumento Final Proyecto Ing. de Calor
17/34
"ro%ecto In)eniería de calor
shell
hio/φt (btu/h*ft^2*F) 56.73247636 R21.63629
56
aft por tubo (ft^2) 0.008659015 S0.045542
09numero de tubos por
paso 359 Ft 0.98
pt (in) 1.725 s (in)48.02453
16
!" (in) 0.225 s (ft)4.002044
3
Gs (lb/h*ft^2) 64.49756844 afs (ft^2)0.466842
45
Res 6621.764216 # (ft)0.894324
29
Prs 6.585332069$%6
'#&S t (ft/s)2.198304
67
ho/φs (btu/h*ft^2*F) 48.02453155 0.00033
'+ (F) 247.8960785 S, 0.81
φt 1.136872081 -pt (psi)0.418444
14
φs 0.989926 -p retorno(psi) 0.02
hio (btu/h*ft^2*F) 64.49756844 -p total tub(psi)0.438444
14
ho (btu/h*ft^2*F) 61.47316551$%&
!&R%.% S, 0.68
(btu/h*ft^2*F) 31.47453043 0.0021
d (btu/h*ft^2*F) 27.87711244 s (ft/s)0.549576
17
$0' 67.35212921 -ps tot (psi)1.226963
44
metodo de belll 1.2006 Swg 13.1149 Ssbstb/sm 0.0037
pp 0.1245 S+ 14.8968 ssb/ssbstb 0.9092
pn 0.0719 Nb 23.3633 3l 0.9900
N 12.8589 Δp wk 6.9678 nn+ 20.5742
otl 3.9187 Fk 0.0200 3r* 0.5200
F 0.5053 Δp bk 26.2434 3r 1.0000
N+ 7.7153 Nss 4 0.9000
Sm 6.7484 Rb 1.0000 3b 0.8400
Fbp 0.5054 R1 0.9000 4S 1.0200
stb 0.0023 Δps
3.6053 multipliaion 0.7634ssb 0.0230 5Sb 0.0058
Página 17
-
8/17/2019 Ducumento Final Proyecto Ing. de Calor
18/34
"ro%ecto In)eniería de calor
S+, 13.1149
a 0.4000
S+t 1.7819
Arre&lo 0 (!iesel*peroleo+
Gt (lb/h*ft^2) 600000 Número total de
tubos 1119
Ret7571.631
67 Número de pasos
lado tubo 8
Prt33.70962
21 número de pasos
shell 4hio/φt
(btu/h*ft^2*F)100.9163
37 R5.205465
04
aft por tubo (ft^2)0.002922
47 S0.191671
44numero de tubos
por paso 140 Ft 0.98
pt (in) 1.15 s (in)44.22183
24
!" (in) 0.15 s (ft)3.685152
7
Gs (lb/h*ft^2) 90000 afs (ft^2)0.414373
85
Res4213.849
96 # (ft)0.862071
79
Prs8.482225
3$%&
'#&S t (ft/s)3.338675
21ho/φs
(btu/h*ft^2*F)73.74604
38 0.00026
'+ (F)257.5484
45 S, 0.69
φt
1.087299
59 -pt (psi)
6.268984
26φs 0.989926 -p retorno(psi) 0.02
hio (btu/h*ft^2*F)109.7262
92 -p total tub(psi)6.408984
26
ho (btu/h*ft^2*F)54.52807
9$%&
!&R%.% S, 0.8
(btu/h*ft^2*F)36.42620
82 0.0022
d (btu/h*ft^2*F)31.69294
73 s (ft/s)0.500801
28
$0'
45.34758
48 -ps tot (psi)
4.083749
47
Página 18
-
8/17/2019 Ducumento Final Proyecto Ing. de Calor
19/34
"ro%ecto In)eniería de calor
metodo belll 1.1055 Swg 11.1202 Ssbstb/sm 0.0038
pp 0.0830 S+ 12.6272 ssb/ssbstb 0.9157pn 0.0479 Nb 24.1999 3l 0.9500
N 17.7610 Δp wk 8.8000 nn+ 28.4177
otl 3.6018 Fk 0.0200 3r* 0.6500
F 0.5061 Δp bk 35.6461 3r 1.0000
N+ 10.6566 Nss 4 0.9000
Sm 6.0664 Rb 1.0000 3b 0.8400
Fbp 0.5032 R1 0.9000 4S 1.0400
stb 0.0019 Δps 4.8461 multipliaion 0.7469
ssb 0.0212 5Sb 0.0058
S+, 11.1202a 0.4000
S+t 1.5071
ARRE1LO 2 (&as#leo pesa!o*per#leo+
Gt (lb/h*ft^2) 800000 Número total de
tubos 879
Ret24825.02
19 Número de pasos
lado tubo 6
Prt25.26483
17 número de pasos
shell 3hio/φt
(btu/h*ft^2*F)155.9309
04 R11.49651
35
aft por tubo (ft^2)0.008659
01 S0.086357
68numero de tubos
por paso 162 Ft 0.98
pt (in) 1.725 s (in)58.79232
46
!" (in) 0.225 s (ft)
4.899360
38
Gs (lb/h*ft^2) 100000 afs (ft^2)0.940309
89
Res17827.82
67 # (ft)1.471425
24
Prs2.987467
03$%&
'#&S t (ft/s)4.878643
74ho/φs
(btu/h*ft^2*F)106.5867
77 0.00021
'+ (F)307.9760
29 S, 0.78
φt1.072356
71 -pt (psi)3.517927
09
Página 19
-
8/17/2019 Ducumento Final Proyecto Ing. de Calor
20/34
"ro%ecto In)eniería de calor
φs 0.989926 -p retorno(psi) 0.085
hio (btu/h*ft^2*F)167.2135
52 -p total tub(psi)3.942927
09
ho (btu/h*ft^2*F)75.30616
29$%&
!&R%.% S, 0.88
(btu/h*ft^2*F)51.92242
2 0.0018
d (btu/h*ft^2*F)42.80913
15 s (ft/s)0.609830
47
$0'61.24386
66 -ps tot (psi)1.454125
56
metodo de belll 1.4698 Swg 19.6553 Ssbstb/sm 0.0023
pp 0.1245 S+ 22.3336 ssb/ssbstb 0.8912
pn 0.0719 Nb 14.5923 3l 0.9800
N 15.7420 Δp wk 4.5759 nn+ 25.1873
otl 4.8160 Fk 0.0200 3r* 0.5200
F 0.5034 Δp bk 14.2371 3r 1.0000
N+ 9.4452 Nss 4 0.8500
Sm 13.7437 Rb 1.0000 3b 0.8400
Fbp 0.5044 R1 0.9000 4S 1.0200
stb 0.0034 Δps 1.8213 multipliaion 0.7137
ssb 0.0282 5Sb 0.0058
S+, 19.6553
a 0.4000
S+t 2.6782
Arre&lo 3 (resi!uos*per#leo+
Gt (lb/h*ft^2) 600000 Número total detubos 1358
Ret 16108.68086 Número de pasos
lado tubo 8
Prt 15.00154945 número de pasos
shell 4
hio/φt (btu/h*ft^2*F) 179.2730916 R2.999351
49
aft por tubo (ft^2) 0.001860172 S0.332500
24numero de tubos por
paso 170 Ft 0.98
pt (in) 0.8625 s (in)39.72119
4
Página 20
-
8/17/2019 Ducumento Final Proyecto Ing. de Calor
21/34
"ro%ecto In)eniería de calor
!" (in) 0.1125 s (ft)3.310099
5
Gs (lb/h*ft^2) 172.1962482 afs (ft^2)0.394822
49
Res 18540.9398 # (ft)0.914465
7
Prs 2.500258241$%&
'#&S t (ft/s)3.603603
6
ho/φs (btu/h*ft^2*F) 39.72119403 0.00021
'+ (F) 397.2992019 S, 0.72
φt 0.960524788 -pt (psi)6.884915
28
φs 0.989926 -p retorno(psi) 0.0067
hio (btu/h*ft^2*F) 172.1962482 -p total tub(psi)6.931815
28
ho (btu/h*ft^2*F) 147.4470804 $%&!&R%.% S, 0.865
(btu/h*ft^2*F) 79.4317659 0.0018
d (btu/h*ft^2*F) 59.91819345 s (ft/s)0.960960
96
$0' 48.19535274 -ps tot (psi)10.72194
26
metodo de belll 0.9930 Swg 8.9719 Ssbstb/sm 0.0070
pp 0.0719 S+ 9.9981 ssb/ssbstb 0.9346pn 0.0719 Nb 22.8707 3l 0.9800
N 18.4214 Δp wk 2.2732 nn+ 29.4743
otl 3.2268 Fk 0.0200 3r* 0.4900
F 0.5074 Δp bk 116.8046 3r 1.0000
N+ 11.0529 Nss 4 0.9000
Sm 2.9127 Rb 1.0000 3b 0.8400
Fbp 0.9978 R1 0.9000 4S 1.0200
stb 0.0013 Δps 11.8432 multipliaion 0.7557
ssb 0.0190 5Sb 0.0058
S+, 8.9719a 0.4000
S+t 1.0262
4orno
arga térmica7
q=W petróleo∗Cp# petroleo∗(T 2−T 1)
q=1196376.678 lbh∗0.63 BT
lb∗! " ∗(660−393 )! "
Página 21
-
8/17/2019 Ducumento Final Proyecto Ing. de Calor
22/34
"ro%ecto In)eniería de calor
q=201242521.1BT
h
(e tiene -ue considerar un &oder calorí.ico in.erior de 6,324 M@K;;l
6,324∗106
: bbl
∗1bbl
5.615 f t 3 ∗BT
1055.05: =1067502.889
BT
f t 3
1067502.889
BT
f t 3 ∗f t 3
62.427961 lb=17099.75581
BT
lb
Poder$alorifi$o=17099.75581 BT
lb
Para o;tener el .lu/o de com;ustleo7
W $o#bustóleo= q
PCl∗T (
lb
h )
W $o#bustóleo=201242521.1
BT
h
17099.75581 BT
lb ∗0.87
(lb
h )
W $o#bustóleo=13527.28338 lbh
n$o#bustóleo=W $o#bustóleo
P1 =
13527.28338 lbh
226 lblb#ol
n$o#bustóleo=59.85523621 lb#ol
om;ustleo y aire7
Beaccin -uímica7
Página 22
Com*ust+leo ,- .C
C 2 / 2 /
Com*usti+n
Aire /
2 /
-
8/17/2019 Ducumento Final Proyecto Ing. de Calor
23/34
"ro%ecto In)eniería de calor
C 16
E 34+ 49
2
2=16C
2+17 E
2
alance de 2 +10L de exceso
n /li#entados−nrea$$iónan=nsalida
1613.098616 lb#ol−1466.453287 lb#ol=nsalida
nsalida=146.6453287 lb#ol
Flu/o de aire a la entrada
W 2=1613.098616 lb#ol∗32 lb
lb#ol
W aire=46926.50519 2+176533.0433 ( 2
alance de C2
n for#adosC2=nsalidaC2=957.6837793 lb#ol
alance de E 2
n for#adosE 2
=nsalidaE 2
=1017.539016 lb#ol
alance de ( 2
nentrada=nsalida=6068.323364 lb#ol
Flu/o m9sico de gases de com;ustin
W ,ases por hora=957.6837 lb#ol∗44 lb
lb#ol (C2 )+146.6453 lb#ol∗32
lb
lb#ol (2 )+1017.539 lb#ol∗18 l
W ases=235140.8088 lb
h
4 E f .ea$tivos=4 E f 2+4 E f (
2+4 E f C
16 E
34( para ( 2 -2 es$ero)
4 E f C 16
E 34
=−11690556.23BT
4 E f .ea$tivos=4 E f C 16
E 34
4 E f produ$tos=4 E f C 2
+4 E f E 2
4 E f C 2=−
162023955.6 BT
Página 23
-
8/17/2019 Ducumento Final Proyecto Ing. de Calor
24/34
"ro%ecto In)eniería de calor
4 E f E 2=−125044433.4 BT
4 E 1=4 E f Produ$tos−4 E f .ea$tivos
4 E 1=−275377832.8 BT
4 E 2= ∫298.15
Tad
∑i=1
Produ$tos
ni CpidT
q=4 E 1+4 E 2
Besol"iendo el ;alance de energía
F−4 E f Produ$tos+4 E f .ea$tivos=+ ∫298.15
Tad
∑i=1
Produ$tos
n iCpi dT
Des&e/ando T ad 7
q=4 E 1+4 E 2
q=−286803703.4+134933.8725∗T ad−40230534.09
T ad=201242521.1+286803703.4+40230534.09
134933.8725
T ad=3976.96 ! " =2191,64 ! C
rans.erencia de calor 5acia el crudo y c9lculo del 9rea de trans.erencia decalor$
Para este c9lculo consideraremos -ue a5í trans.erencia de calor &orcon"eccin y radiacin$
!rea de trans.erencia de calor7
q /T
=(h$onv+hrad )∗(T G−T s)
Dnde7
T G=3976.96! " =4436.63! .
T s=2800 ! " =3259.67! .
9lculo del coe.iciente de trans.erencia de calor &or radiacin7
Página 24
-
8/17/2019 Ducumento Final Proyecto Ing. de Calor
25/34
"ro%ecto In)eniería de calor
( T G100 )4
+( T s100 )4
¿0.173∗s∗¿
hrad=¿
);teniendo un coe.iciente de trans.erencia &or radiacin de7
hrad=20.177 BT
h f t 2! "
9lculo del coe.iciente de trans.erencia de calor &or con"eccin7
h$onv=116( k G3∗ ρG
3∗CpG∗ H B∗4T
d0∗ μG )
0.25
Dnde7
CpG=$apa$idad $alorifi$a delos ,ases
k G=$ondu$tividad t&r#i$a delos ases
ρG=densidaddelos ases
HB= 1
T G
4 T =T G−T s
μG=vis$osidad delos ases
d0=di+#etro $o#er$ial propuesto(a$eroino;idablede15∈Cd 40)
h$onv=0.171739894
(e &uede notar -ue el coe.iciente de radiacin es muc5o mayor com&arado
con el de con"eccin, siendo muy considera;le &ara el dise'o de un 5orno$Betomando la ecuacin del .lux de calor$
q /T
=(h$onv+hrad )∗(T G−T s)
q /T
=23950.47987 BT
f t 2∗h
(iendo mayor -ue 1000BT
f t 2
∗h, sugeridos en el documento, esto &uede
de;erse al calor necesario &ara -ue el crudo alcance los 660 F y a la
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8/17/2019 Ducumento Final Proyecto Ing. de Calor
26/34
"ro%ecto In)eniería de calor
com&osicin del com;ustleo sugerida, sin em;argo se a&roxima nuestrodise'o$
9lculo del 9rea de trans.erencia7
Para este c9lculo consideraremos el .lux de calor de7q
/T =12000
BT
f t 2∗h
/ T = q
12000 BT
f t 2∗h
/T =201242521.1
BT h
12000 BT
f t 2∗h
/T =16770.21009 f t 2
em&eratura de los gases de com;ustin des&ués de 5a;er cedido calor alcrudo7
T a=Te#peratura delosases desp)es dehaber $edido$aloral $rudo
q=W ,ases∗Cp#,ases∗(T ad−T a,)
T a=T ad− q
W ases∗Cp# ases
T a,=3976.96 ! " −201242521.1
BT
h
235140.8088 lb
h ∗0.4
BT
lb!"
T a=1837.3642! "
Para o;tener el .lu/o de agua con cam;io de estado a "a&or saturado, se&ro&one el siguiente ;alance térmico7
qw=w s Ivapori9a$ión+ws Cpl ( t satura$ión−t 1 )
Incgnita qw y w s
w s= qw
Ivapori9a$ión+Cpl (t satura$ió n−t 1 )
Dnde7
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27/34
"ro%ecto In)eniería de calor
Ivapori9a$ión=923.13 BT
lb
t satura$ió n=282.27 ! " t 1=77! "
Cplíquido=1.0021 BT lb!"
J t#=180! "
Para calcular el calor emitido &or los gases se &uede 5acer uso de la siguienteecuacin7
qw=Cp,ases de$o#bustión∗W ,ases∗(T a,−T s,)
Dnde7
T a=Te#peratura delosases desp)es de$eder $alor al$rudo
qw=Cp,ases de$o#bustión∗W ,ases∗(T a,−T s,)
T s=t satura$i ón+10! C =332.27 ! "
qw=(0.42 BT lb! " )∗235140.8088 lbh∗(1837.3642 ! " −332.27 ! " )
qw=148641817.8 BT
h
waua=ws= qw
Ivapori9a$ió n+Cpl ( t satura$ión−t 1 )
w s=148641817.8
BT
h
923.13 BT
lb +1.0021
BT
lb ! " (282.27 ! " −77 ! " )
w a,ua=782.783384 lb
h vapor saturado
Bom-a
"O0E1CIA $E23E$I!A E1 LA (OM(A
WEP=
W ( lbs )∗W f ( lbf ∗ft lb )550
= EP
0ra*ao de 4lecha 5ue de*e desarrollar la *om*a
Página 27
-
8/17/2019 Ducumento Final Proyecto Ing. de Calor
28/34
"ro%ecto In)eniería de calor
12∈ ¿1 ft ¿¿¿2
¿(426.68−14.7)
lb
¿2 ¿
W f = P D− Ps
ρ =¿
6luo másico de crudo
W =1288504 lbh ( 1h3600 s )=358 lbs
WEP=736 EP
Sa*iendo
WEP
=EP= 1B
1B= 1 ∗B=0.81
O*teniendo la potencia el'ctrica
=EP=WEP∗ 1B=596.2 EP
7atts consumidos
=EP=Watts745.7
Watts= =EP∗745.7=444586.3Watts
h
Cosos
La estimaci+n de costos se hace con re4erencia a las )rá4icas del li*ro Chemical En)inerin) "lant Cost
Inde8 de "eters 9 0immerhaus: tomado como parámetros importantes el área de trans4erencia de calor:
diámetro % lon)itud de tu*os % presi+n de operaci+n: tomando como material de tu*os acero al car*+n;
En primer instancia: se toma un precio de re4erencia con *ase en el área de trans4erencia de calor para
cada intercam*iador: "ara el caso de la corriente de 1a4ta con una área de < =>?;- 4t ,: se o*tiene un
costo de @: ; d+lares;
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!espu's se aplican a tal precio: 4actores 5ue corri)en el costo se)ún el diámetro % lon)itud de tu*os %
presi+n de operaci+n; Estos 4actores son tomados de )rá4icas;
En el caso de la corriente de 1a4ta se tienen dos intercam*iadores: por lo 5ue el precio se duplica;
"or último: se actualizan los precios del a#o de >BB al ,>@: mediante el índice CE"CI;
Costoa$tual=CostoaKo del#&todo∗( C=PCL a$tualC=PCL aKodel #&todo )Costoa$tual=M111,310.77∗( 637.3368.3 )=192,610.24
El m'todo anterior se realiza para todos los intercam*iadores de las corrientes proenientes de la torre;
Los costos 5ue se o*tienen se muestran a continuaci+nD
"ara el caso de horno % *om*a: no se tomaron 4actores de auste: más 5ue la actualizaci+n de precio en
el caso de la *om*a
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"ara los costos 4ios se toman en cuenta todos los costos )enerados por la compra de los
intercam*iadores: horno % *om*a; O*teniendo así
"ara el cálculo de los costos aria*les se toma en cuenta el mantenimiento anual de los e5uipos: la
ener)ía electrica consumida % costo por la )eneraci+n de apor de a)ua: además de la utilidad
correspondiente a la )eneraci+n de apor lo 5ue representa un costo ne)atio: pues es )ananciaF;
ConsideracionesD
• El mantenimiento anual se toma como el > de la inersi+n inicial en e5uipos;
• Electricidad
444.588kWh$onsu#idos ( M1.22kWh )=M542.4=41.343 M• &apor de a)ua
Costo vaporaua=W $o#bustible @ en@vapor∗ Pre$io$o#bustible+W aua∗ Pre$ioaua
Costo vapor agua = $48 384 = 3, 687.8 US$
• La utilidad se considera como el del costo de )eneraci+n de apor % se marca ne)atia por
representar una )anancia % no un costo;
Ealuando el costo total del pro%ecto a > a#os inclu%endo los )astos aria*les )enerados en ese tiempo:
se tieneD
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RESULTADOS 5 CONCLUSIONES
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B8(C*%D)(
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0 1 2 3 4 5 6 70
2
4
6
8
10
12
Tempea!"a #e$ %"#& a$ 'na$ #e %a#a e!apa
T #e sa$i#a
(&ien!e
Tempea!"a )*F+
La emperaura m67ima al"an8a!a en el 9limo arre&lo !einer"am-ia!ores )ue !e .:.;3'
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Re"omen!a"iones TEMA>
Ds5
NBNDs
50000NGsN300000
50000N>N100000
ρ v2
*í-uidos en general ¿500
M9ximo tolera;le 4000
Pala lí-uidos a;rasi"os ¿1500
Presiones
&t N & max J : &sia
&s N & max J 10 &sia
Ca-e8al )ijo> Mas ;arato, &or lo tanto el interior de los tu;os &uede serlim&iado usando un ce&illo rotatorio o un ce&illo de alam;re
Maerial> %cero al car;n de;ido a -ue es m9s econmico