pdvsa mdp_05_e_05

PDVSA N° TITULO

REV. FECHA DESCRIPCION PAG. REV. APROB. APROB.

APROB. FECHAAPROB.FECHA

TRANSFERENCIA DE CALOR

� PDVSA, 1983

MDP–05–E–05 PROCEDIMIENTO DE DISEÑO PARA SERVICIOSCRIOGENICOS

APROBADA

INTERCAMBIADORES DE CALOR

OCT.950 55

MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO

ESPECIALISTAS

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INTERCAMBIADORES DE CALORPROCEDIMIENTO DE DISEÑO PARA

SERVICIOS CRIOGENICOSOCT.950

PDVSA MDP–05–E–05

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Indice1 OBJETIVO 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2 ALCANCE 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3 REFERENCIAS 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4 CONSIDERACIONES DE DISEÑO 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1 Generalidades 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2 Tipos de Equipos y Aplicaciones 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3 Consideraciones para Intercambiadores de Láminas Aleteadas 8. . . . . . .

5 METODOLOGIA DE DISEÑO 14. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1 Procedimiento de cálculo detallado para intercambiadores de

láminas aleteadas 15. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6 NOMENCLATURA 24. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7 APENDICE 27. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tabla 1 Relaciones geométricas para superficies de laminas aleteadas 28. . Tabla 2.A Datos geométricos de aleta (unidades si) 30. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tabla 2.B Datos geométricos de aleta (unidades inglesas) 31. . . . . . . . . . . . . . . Tabla 3 Máximas dimensiones del cuerpo del intercambiador 32. . . . . . . . . . Tabla 4.A Hoja de calculo para intercambiadores de laminas (unidades si) 33. Tabla 4.B Hoja de calculo para intercambiadores de laminas

(unidades inglesas) 40. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 1 Ensamblaje de intercambiadores de láminas aleteadas 47. . . . . . . . . Figura 2 Arreglo de flujo para intercambiadores de láminas aleteadas 48. . . . Figura 3 Corrugaciones de aletas 49. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 4A Factor de transferencia de calor y caída de presión

(aletas tipo lanzas) 50. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 4B Factor de transferencia de calor y caída de presión

(aletas tipo lanzas) 51. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 4C Factor de transferencia de calor y caída de presión

(aletas perforadas) 52. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 4D Factor de transferencia de calor y caída de presión

(aletas onduladas) 53. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 5 Factor de corrección de DTML para intercambiadores

de flujo transversal 54. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 6 Eficiencia de la aleta 55. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

http://www.intevep.pdv.com/santp

http://www.intevep.pdv.com/santp/mdp/indice_mdp.htm

http://www.intevep.pdv.com/santp/mdp/inter/indice_inter.htm

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1 OBJETIVOEl objetivo principal de este documento es proveer al Ingeniero de proceso ydiseño con las herramientas necesarias para evaluar las ofertas deintercambiadores de calor de placas con aletas (Plate –and–Fin Exchanger)propuestas por los fabricantes.

EL TEMA “Intercambiadores de Calor”, dentro del área de “Transferencia deCalor”, en el Manual de Diseño de Procesos (MDP), está cubierto por lossiguientes documentos:

PDVSA –MDP– Descripción del Documento05–E–01 Intercambiadores de Calor: Principios Básicos05–E–02 Intercambiadores de Calor: Procedimientos de diseño

para Intercambiadores de tubo y carcaza (Incluyevaporización, condensación, calor sensible).

05–E–03 Intercambiadores de Calor: Procedimiento de Diseñopara Enfriadores de Aire.

05–E–04 Intercambiadores de Calor: Procedimiento de Diseñopara Intercambiadores de Doble Tubo.

05–E–05 Intercambiadores de Calor: Procedimiento de Diseñopara Servicios Criogénicos (Este documento).

Este documento, junto con los demás que cubren el tema de “Intercambiadoresde Calor”, dentro del Manual de Diseño de Procesos (MDP) de PDVSA, con unaactualización de las Prácticas de Diseño “Intercambiadores de Calor”,presentadas en la versión de Junio de 1986 del MDP ( Sección 9), modificadaspara hacer mención del uso de información y programas de HTRI.

2 ALCANCEEste documento presenta un procedimiento para calcular el tamaño deintercambiadores de calor de Placas con Aletas (Plate–and–Fin Exchanger). Esteprocedimiento puede ser usado para estimar costos.

Adicionalmente al procedimiento de cálculo, se presenta una descripcióndetallada de la geometría de intercambiadores de láminas aleteadas, incluyendocriterios para la selección de componentes. También vienen dados datos detransferencia de calor y caída de presión y las consideraciones para el diseñomecánico de intercambiadores de láminas aleteadas. También está presente unadiscusión de otros tipos de intercambiadores de calor para servicios criogénicosy sus aplicaciones.




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3 REFERENCIASManual de Diseño de Proceso (versión 1986)

� Vol VI, Subsección 9J “Intercambiadores de calor para servicios criogénicos”

Manual de Diseño de Proceso

� PDVSA–MDP–05–E–01 “Intercambiadores de calor: principios básicos”

Otras Referencias

� Fan, Y.N., “How to Design Plate–Fin Exchangers”, Hydrocarbon Processing,Vol. 45, No II. 211–217 (November 1966).

� Hewitt, G. F.; Shires, G.L. and Bott T. R.; Process Heat Transfer; First Edition;CRC Press, Inc. (1993).

� Kays, W.M. and London, A.L.; Compact Heat Exchanger; Second Edition;McGraw Hill (1964).

� McKetta, J.J.; Heat Exchanger; First Edition; Marcel Dekker, Inc. (1991)

� Schlûnder, E. U.; Heat Exchanger Design Handbook; Vols. 2 & 3; First Edition,CRC Press, Inc. (1983).

4 CONSIDERACIONES DE DISEÑO

4.1 Generalidades

Cualquier proceso, económicamente hablando, que opere a baja temperaturanecesita ser altamente eficiente en la recuperación de refrigeración puede sersatisfecho por el efecto de expansión y un mínimo de gastos energéticos. Amedida que la temperatura de operación disminuye, el costo de compresión parala refrigeración aumenta y, por consiguiente, también aumenta el incentivo deahorro.

En plantas de baja temperatura para la separación de licuados o purificación degases, la gran refrigeración requerida para enfriar las corrientes de alimentaciónes suplida por las corrientes de productos fríos. Una eficiencia alta quiere decirque existe un acercamiento bastante grande entre la temperatura de las corrientesde entrada y salida. Por ejemplo, en una planta típica de separación de aire, el airecomprimido de alimentación tiene que ser enfriado de 38 a 170°C (100 a 273°F).Esto se logra intercambiando calor con las corrientes de oxígeno y nitrógeno quesalen del sistema. La temperatura de acercamiento entre la salida y la entradaestá en el orden de 5°C (10°F), lo que resulta en una eficiencia de 97%. Esta altaeficiencia puede ser lograda solamente en unidades con flujo en contracorrientey teniendo los pasos de flujo con un cociente de L/D bastante grande.




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Adicionalmente a los enfriadores principales de alimentación, los procesoscriogénicos requieren otros intercambiadores para la operación sobre rangos detemperatura más limitados, pero siempre manteniendo una temperatura deacercamiento bastante pequeña. En este equipo se incluyen los vaporizadores,los sub–enfriadores y condensadores–rehervidores. Algunas veces se usanconfiguraciones de flujo diferentes al flujo en contracorrientes.

Además de los criterios térmicos de diseño descritos arriba, los intercambiadoresde baja temperatura deben satisfacer otros requerimientos básicos. Ladistribución uniforme del flujo dentro y entre las unidades en paralelo debe seralcanzada. La compacticidad (cociente entre el área superficial y el volumen), esimportante para minimizar el costo del aislamiento requerido para reducir larecuperación de calor del exterior.

Otro criterio en los requerimientos es que los intercambiadores usados para enfriarla alimentación de corrientes de gases, las cuales se depositan en forma de sólidosen la superficie de transferencia de calor. Estos sólidos no se deben dejaracumular hasta el punto que bloqueen los pasos de flujo, si no que se les deberevaporizar y remover periódicamente. Una manera efectiva de obtener esto, esoperando el intercambiador empieza a taparse por sólidos, los pasajes de flujo seinvierten automáticamente por un período suficientemente largo para permitir quelos sólidos se evaporen en una corriente de puros desechos principalmente. estaevaporización toma lugar a pesar de que la corriente de desechos esté más fríaque la corriente de alimentación de la cual se condensan los sólidos.

En vista de las consideraciones expuestas, varios tipos de intercambiadores hansido diseñados para uso en las plantas de baja temperatura. estosintercambiadores van a ser descritos a continuación con el área de aplicación,ventajas y desventajas.

4.2 Tipos de Equipos y AplicacionesA continuación se presenta información sobre los tipos de intercambiadores decalor usados en los servicios criogénicos. En las subsecciones 4.5.5, 4.5.6 y 4.5.7del documento PDVSA–MDP–05–E–01 se presenta una descripción completa deeste tipo de unidades.

4.2.1 Intercambiadores de Láminas Aleteadas (Plate–and–Fin)

Los intercambiadores de placas con aletas o de láminas aleteadas consisten enuna serie de láminas paralelas de aluminio, entre las cuales se encuentranformando “sandwich”, hojas corrugadas de aluminio. Las corrugaciones actúancomo aletas, proviendo así el área de superficie extendida para la transferenciade calor, de esta manera se le da a la unidad fuerza mecánica y un mayor númerode canales de flujos paralelos. el lado de cada “sandwich” está sellado con barrasde aluminio, formando así el paso completo de flujo, y la construcción completa




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se suelda sumergida en un baño de sal derretida. Los cabezales de aluminio sonentonces soldados a los extremos del cuerpo del intercambiador.

Algunas de las ventajas relacionadas con la construcción de intercambiadores deláminas aleteadas son las siguientes:

3. Se puede alcanzar un alto grado de compacticidad. El cociente de 1480m2/m3 (450 pie2/pie3) entre superficie de área y volumen es bastante común,y valores hasta de 2530 m2/m3 (770 pie2/pie3) han sido reportados. Encomparación, las unidades convencionales de tubo y carcaza tienen uncociente de 165 a 245 m2/m3 (50 a 75 pie2/pie3).

4. 3 ó 4 corrientes de proceso pueden ser acomodadas fácilmente en una solaunidad con el espaciado de las láminas y la construcción de las aletasoptimizado para cada una de las corrientes. Estas unidades de corrientesmúltiples son ideales para operar como unidades reversibles en eldesplazamiento de impurezas.

5. Los intercambiadores pueden ser usados individualmente o conectados enserie y/o en paralelo.

6. El tamaño pequeño y el peso liviano permite que las instalaciones seancompactas con un mínimo de fluctuaciones y estructuras de soporte.

Con estas ventajas existen varias desventajas y limitaciones que se deben tenerpresentes:

1. La máxima presión de operación está limitada a 4500 kpa man. (650 psig),bajo condiciones estables, y hasta 2100 kPa man. (300 psig), bajocondiciones reversibles.

2. Los intercambiadores de lámina aleteada no pueden ser usados donde unao más de las corrientes de proceso tienen tendencia a obstruir (ensuciar).

3. Los escapes internos entre los pases son difíciles de localizar y de corregiren el campo. se necesitan equipos para soldar aluminio y se requiere depersonal experto.

Los procesos petroquímicos típicos que utilizan intercambiadores de láminasaleteadas son: separación de aire, extracción de helio del gas natural,recuperación de etileno, licuenfacción de gas natural, purificación y licuefacciónde hidrógeno y los sistemas de refrigeración usados en conjunto con cualquierade estos procesos.




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4.2.2 Intercambiadores de Placas (Plate–and–Frame)

Estas unidades consisten en un conjunto de planchas de metal muy delgadas ycorrugadas, mantenidas juntas en un bastidor y selladas en sus bordes, paraprevenir fugas hacia afuera, por una empacadura compresible, formando así unaserie de pasadizos estrechos e interconectados, a través de los cuales sonbombeados los fluidos. El fluido caliente y el frío siguen pasadizos alternos y elcalor es transferido a través de las planchas con una resistencia térmicarelativamente baja. El bastidor es una estructura rígida formado por una placa fijaen un extremo y una columna de soporte en el otro, conectados ambos en el topepor una barra de sustentación y en el fondo por un riel guía. Pueden ser fabricadascon cualquier metal, aunque acero al carbono es poco usado porque el equipo nosería competitivo con las unidades de tubo y carcaza.

Estos intercambiadores presentan muchas ventajas en comparación con lasunidades de tubo y carcaza, siendo las más importantes las siguientes:

1. Flexibilidad.– Son unidades adaptables a un amplio rango de condicionesy de fluidos, incluyendo los líquidos viscosos y no–newtonianos, y pueden sermodificadas fácilmente para adaptarse a requerimientos diferentes deoperación, con un simple cambio en el número y/o la forma de las láminas.Existe disponibilidad de una gran variedad de platos corrugados quesatisfacen muchas especificaciones de diseño.

2. Compacticidad.– Estos intercambiadores son unidades compactas, dondeun área muy grande ocupa un volumen pequeño, y con un coeficiente globalde transferencia de calor alto, cuyo valor podría ser hasta cinco veces elcorrespondiente a una unidad equivalente de tubo y carcaza. Comoresultado de estas características, los intercambiadores de placas ocupanmenos espacio e imponen menos carga en el terreno, razones por lo queresultan atractivos para su uso en lugares confinados o sensibles al peso,como barcos o plataformas costa afuera (por ejemplo, plataformas deproducción en el Lago de Maracaibo).

3. Bajos costos de fabricación.– El costo de estas unidades es relativamentebajo debido al hechos que se fabrican a partir de planchas mantenidas juntaspor presión y no por soldadura. Adicionalmente permiten el uso de materialcon una gran resistencia a la corrosión y a las reacciones químicas. Porejemplo, Intercambiadores de placas de acero inoxidable pueden costarmenos que unidades de tubo y carcaza de acero al carbono diseñadas parala misma carga calórica.

4. Control de temperatura.– Los Intercambiadores de placas pueden operarcon diferencias de temperatura relativamente pequeñas, lo cual representauna ventaja en aquellos casos donde las altas temperaturas deben serevitadas. Adicionalmente, la forma de los pasadizos de flujo reduce lasposibilidades de zonas muertas y puntos de sobrecalentamiento.




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5. Facilidad de limpieza.– estas unidades pueden ser desmanteladas para sulimpieza, lo cual es una ventaja significativa en servicios muy sucios.

La principal desventaja de estas unidades, radica en su riesgo potencial alderrame de fluidos. Sin embargo pueden ser diseñadas para que el derrame delfluido ocurra hacía afuera de la unidad y no entre las corrientes de proceso. poresta razón su uso no es recomendable para líquidos altamente inflamables otóxicos. debido a lo estrecho de los canales de flujo entre placas, la caída depresión a través de la unidad es relativamente alta y, en consecuencia, los costosde capital y de operación de los sistemas de bombeo deben ser tomados enconsideración cuando estas unidades se comparan con otros sistemas deintercambio de calor. Adicionalmente, los rangos de temperatura y presión sonlimitados a valores relativamente bajos, debido al material de la empacadura y deconstrucción.

4.2.3 Intercambiadores de espirales devanados (Hampson Coil)

Estos intercambiadores consisten en un haz de tubo de diámetro pequeño puestoalrededor de un paso helicoidal sobre un eje central y encerrado en una carcazacilíndrica. El número de tubos en cada hilera y el espaciado axial y radial sonseleccionados de tal manera que todos los tubos tengan la misma longitud. Estoasegura distribución uniforme a través de los tubos. El patrón local de flujo encualquier punto del intercambiador es transversal, mientras que el patrón de flujototal es esencialmente contracorriente. El material de los tubos es generalmentecobre y aluminio; los diámetros van desde 2 a 12 mm (1/8 a 1/2 pulg) y la longitudva hasta 60 metros (200 pie).

El alto costo por unidad de superficie de área restringe el uso de intercambiadoresde espiral para sólo aquellos servicios donde otros tipos no son aplicables, comoprocesos de alta presión (4500 kPa man. (650 psig) y mayor). En estos serviciosla corriente de mayor presión siempre fluye en los tubos. Los intercambiadoresde espirales no pueden ser operados como intercambiadores reversibles pararemover las impurezas sólidas, éstos deben ser puestos fuera de serviciotemporalmente.

4.2.4 Regeneradores alternantes

Los regeneradores alternantes son aparatos para retener el calor y consistenusualmente en dos envases cilíndricos empacados con cinta metálica o piedras.Las dos corrientes gaseosas son desviadas alternándose entre los envases, elperíodo de la desviación depende de la velocidad del cambio de temperatura delempaque. Los regereadores con desvío son obviamente apropiados para lacorriente de alimentación y eventualmente para la evaporación de estoscondensados por la corriente que sale después que ha ocurrido el cambio deenvases.




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Las desventajas principales de estos regeneradores son, primero, normalmenteno resultan apropiados para intercambiar calor entre un producto de alta purezay un gas impuro, debido a que es inevitable que el producto puro se contaminecuando evapore las impurezas y, segundo, éstos tienen variación en lastemperaturas de salida, lo cual causa problemas operacionales en la planta.Cuando estas desventajas se pueden tolerar, los regeneradores alternantes sonbastante atractivos como enfriadores de gran escala, debido a su bajo costo y grancantidad de área superficial por unidad de volumen.

4.2.5 Intercambiadores de tubos concéntricos

Este tipo de intercambiadores consisten en varios tubos coaxiales de cobre: variascorrientes pasan a través del espacio anular que se encuentra lleno con un rollode cinta de cobre, el cual está soldado a las puertas del tubo.

Estos intercambiadores son apropiados para operarlos como unidadesreversibles. estos pueden también manejar tres corrientes, siendo una de ellasproducto puro. No son apropiados para operaciones de gran escala debido aproblemas con la distribución del flujo asociado con un gran número de unidadessimilares en paralelo.

4.3 Consideraciones para Intercambiadores de Láminas Aleteadas

4.3.1 Geometría del intercambiador

El cuerpo de un intercambiador de lámina aleteada es construido de un númerode sandwichs del tipo mostrado en la Figura 1. varios tipos de configuraciones deflujo son posibles y con cualquiera de estas configuraciones el tamaño y tipo delas corrugaciones pueden variar para cada corriente.

1. Configuraciones del Flujo.– Los intercambiadores de lámina aleteada tienendos configuraciones básicas de flujo, transversal y contracorriente, lascuales están ilustradas en la Figura 1. Estas configuraciones básicas sepueden edificar para formar unidades de flujo transversal simple, flujotransversal con pasos múltiples, flujo contracorriente y unidades concorrientes múltiples, usando internos apropiados para sellar, distribuidoresy tanques de cabezal externo. algunos arreglos típicos están ilustrados enla Figura 2.

La selección de la configuración de flujo apropiado para una aplicaciónparticular depende de varios factores, incluyendo la velocidad de flujo,niveles de presión y la efectividad de temperatura en cada una de lascorrientes. Esta última determina el factor de corrección del DTML y porconsiguiente la penalidad en tamaño asociada a una configuración de flujodiferente al contracorriente.

En un intercambiador de flujo transversal simple, Figura 2., las aletas seencuentran a través de toda la longitud de cada paso y los distribuidores




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internos no son necesarios. Esta configuración es generalmente usada enequipos de licuefacción donde la corriente caliente se condensa, con unpequeño cambio de temperatura, mientras intercambia calor con unacorriente de gas a baja presión. La efectividad de temperatura generalmentees mayor que 60% si se quiere evitar un tamaño no efectivo.

En la unidad de pasos múltiples, Figura 2., una corriente fluye en línea recta,mientras que la otra es guiada por interiores de sello y tanques externos paraobtener el número de pasos requeridos. La unidad consiste básicamente devarias secciones de flujo transversal ensambladas en una formacióncontracorriente con una efectividad de temperatura promedio,aproximándose a la de contracorriente.

En la mayoría de las aplicaciones de baja temperatura, el flujo encontracorriente es generalmente especificado. Los arreglos de cabezalesdeben ser apropiados para el tipo de servicio que tienen. Las unidades decontracorriente en la Figura 2., incluyen: Tipo 1, es usado principalmente enaplicaciones de baja presión, Tipo 2, un arreglo simétrico apropiado paraservicios reversibles y para unidades de alta presión; y Tipo 3, el cual puedeser usado para tres o más corrientes.

2. Corrugaciones.– Han sido desarrolladas varios tipos de corrugacionespara satisfacer la gran gama de requerimientos. Las corrugaciones másusadas comúnmente están ilustradas en la Figura 3. y se presentan con susdesignaciones alternas en la lista siguiente:

c. Plana (recta)

d. Lanza (tira, dentada, de entrada múltiple)

e. Tejado (ondulada, espina)

f. Perforada

Las superficies de la aleta plana están caracterizadas por pasos de flujo delarga longitud y sin interrupción, con un rendimiento similar a aquel obtenidodentro de los tubos circulares. Las superficies de aletas planas incluyendoa aquellas con pasos rectangulares, pares triangulares y pasos con esquinasredondeadas. en general, las corrugaciones de tipo lanza, tejado y perforadaofrecen mejores características de transferencia de calor y caída de presión.Cuando se comparan con aletas planas, dada una carga térmica pérdida depresión, esto resulta en una reducción de longitud con incremento en el áreade la sección transversal.

Dentro de cada categoría general de corrugaciones existen variaciones enla geometría específica de las aletas. Para aplicaciones industriales lasdimensiones de la aleta generalmente están dentro de los rangos siguientes:Altura 3.8 a 11.4 mm (0.15 a 0.45 pulg); espesor 0.15 a 0.64 mm (0.006 a0.025 pulg); espaciado 1.41 a 3.18 mm (0,806 a 0.13 pulg). El porcentaje de




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superficie de área removida en aletas perforadas generalmente está entre10 y 25%. El área superficial por unidad de volumen del cuerpo delintercambiador está entre 820 y 1480 m2/m3 (250 y 450 pie2/pie3).

La nomenclatura específica para la geometría de intercambiadores delámina aleteada viene dada en la Tabla 1. También en la Tabla 1 hayrelaciones para calcular las propiedades geométricas de la superficie de lasláminas usando las dimensiones de la aletas, con la misma área, de tipoplana y lanza sean iguales, sus características de transferencia de calor ycaída de presión son marcadamente diferentes, como se podrá ver en lassecciones siguientes.

Una lista parcial de las corrugaciones industriales disponibles por losprincipales fabricantes de los Estados Unidos viene dada en la Tabla 2. Enesta tabla vienen incluidas las propiedades geométricas calculadas usandolas relaciones en la Tabla 1.

3. Criterio de selección de las aletas.– La selección de las aletas óptimaspara una aplicación particular es un procedimiento bastante complejo debidoal gran número de variables de proceso envueltas y a la gran cantidad desuperficie disponible. sin embargo, se pueden dar criterios preliminaresgenerales de selección de aletas basados en la naturaleza de la corriente delfluido y en la presión de operación.

El tipo de aleta más usada es la aleta tipo lanza: generalmente es apropiadapara aplicaciones de servicios que impliquen todo gas, todo líquido,condensación y vaporización. esta es el primer tipo de aleta que debe serconsiderada cuando se seleccionan superficies para una aplicaciónparticular. el uso de aletas planas generalmente está limitado para casosespeciales de líquidos y flujos condensado y dos pasos donde se desea elpaso libre de impurezas sólidas. Las aletas perforadas usualmente sonusadas en servicios donde se está condensando y vaporizando y también enlas secciones de distribución de unidades con flujo en contracorriente.

La altura y espesor de las aletas están sujetas a limitaciones de presión. Eluso de las aletas que tengan 9.5 mm (0.375 pulg) de altura o más y menosde 0.3 mm (0.012 pulg) de espesor están limitadas a presiones de operaciónde 2100 kPa man. (300 psig) o menos. A presiones más altas, aletas máscortas y delgadas son necesarias. Consideraciones de presión permiten quelas corrugaciones más altas sean usadas para corrientes gaseosas,mientras que aquellas con una altura de 6.35 mm (0.250 pulg) y máspequeñas sean usadas para líquidos. Las aletas onduladas generalmentetienen, por lo menos, 9.5 mm (0.375 pulg) de altura y así son usadas algunasveces con corrientes de gas de baja presión.




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4. Limitaciones de tamaño del cuerpo del intercambiador.– El tamañomáximo de un cuerpo de intercambiador está limitado por consideracionesde diseño mecánico y por facilidades en su fabricación. Las cargas depresión limitan el área de las secciones transversales del cuerpo delintercambiador a un rango entre 0.23 y 0.84 m2 (2.5 a 9 pie 2). El tamañode los hornos para soldar limita el cuerpo del intercambiador aaproximadamente 3 m (10 pie) de longitud; sin embargo, recientemente,para operaciones de baja presión existen disponibles cuerpos con 6 m (20pie) de longitud. Una lista de tamaños máximos de cuerpos deintercambiadores, no reversibles, a diferentes niveles de presión viene dadaen la Tabla 3. Para operaciones reversibles la presión máxima de trabajo,para cada cuerpo en la lista debe ser tomado como la mitad del valor dadoen la tabla.

En la Tabla 2 están incluidos los espesores de las láminas de separaciónrequeridas a diferentes niveles de presión.

5. Pase simulado y lámina externa.– Para proteger el cuerpo deintercambiador durante el traslado y la instalación de éste, se sueldan capasde aletas de 6.3 mm (0.250 pulg) y láminas externas con un espesor de 6.3mm (0.250) a las partes de arriba y abajo del cuerpo del intercambiador. Enalgunos casos el poso simulado no es necesario.

6. Secciones de distribución.– Las unidades de contracorriente ilustradas enla Figura 2. requiere secciones de distribución para distribuir uniformementeel flujo de los cabezales a todo lo ancho del cuerpo. Estas seccionessimplemente son arreglos de láminas aleteadas en ángulo con la direcciónde las aletas del cuerpo del intercambiador. adicionalmente, existen sellosinternos apropiados para la guía del flujo.

7. Arreglos superpuestos.– Existen diferentes maneras en las cuales lospasos de flujos

a. Intercambiadores de dos corrientes

Superposición simple: ...ABABABA...

Superposición doble: ...ABBABBA...

Intercambiadores de Corrientes Múltiples

Superposición simple mixta:... ...ACABACABA...

...ACABABACA...

Superposición doble mixta: ...ABCBCA...

Superposición segregada simple: ...ABABAACACA...

En general, la superposición simple provee una eficiencia de aleta más altaque la de superposición doble. En algunos casos, sin embargo, lasuperposición doble se requiere por consideraciones de caída de presión.




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En un intercambiador de corrientes múltiples, ya sea de superposiciónsencilla o doble, los pasos de corrientes frías usualmente son arreglados enuna manera mixta y más o menos simétrica. Algunos autores (Fan) dicenque, cuando las temperaturas de entrada de las corrientes no son lasmismas, un arreglo de superposición segregada maximiza el recobro derefrigeración y elimina la posibilidad de cruce de temperatura y de fugasinternas de calor en el intercambiador. También, existen algunas ventajas enla fabricación de arreglos superpuestos segregados.

4.3.2 Diseño Mecánico

1. Código de deformación y pruebas. Los intercambiadores de láminasaleteadas son diseñados y construidos de acuerdo con el código ASMEPressure Vessel Code. Para obtener los requerimientos del código, cadadiseño de intercambiador está sujeto a una prueba de estallido. La presiónde estallido debe ser por lo menos cinco veces la máxima presión de trabajopermisible. Adicionalmente, los diseños típicos están sujetos a pruebasseveras de cambios de presión y choques térmicos.

2. Varias veces durante su fabricación, cada intercambiador es probado paradetectar pasos internos y fugas externas. El intercambiador está tambiénsujeto a pruebas de presión hidráulica de 150% la máxima presión de trabajopermisible. Para satisfacer requerimientos especiales se pueden hacerpruebas de fugas con freón y helio. Cuando un número de cuerpos deintercambiadores van a ser ensamblados en paralelo, cada cuerpo debe sersujeto a pruebas isotérmicas de caída de presión antes del ensamblaje paraasegurar una distribución uniforme del flujo.

Presión máxima de trabajo – La máxima presión de trabajo permisible sedetermina por la resistencia de las corrugaciones y las juntas soldadas y porla carga en los cabezales. En servicios a baja temperatura las construccionescon láminas aleteadas son adecuadas para presiones no reversibles deoperación hasta 4830 kPa man. (70 psig), dependiendo de la altura de laaleta y espesor, y del espesor de la lámina. A presiones mayores que 2100kPa man. (300 psig), es necesario, sin embargo, limitar el tamaño de loscabezales para así evitar excesiva carga en su periferia. Esto quiere decirque la sección transversal del cuerpo del intercambiador debe mantenersereducida para que se ajuste a los requerimientos del diseño de los cabezales,o se debe de usar cabezales pequeños con secciones de distribución (ver laFigura 2., Tipos 2 y 3).

3. Instalación y montaje – Las unidades de cuerpos múltiples generalmenteson provistas de un ensamblaje de tubos múltiples, simplificando así laconstrucción de las fundaciones en el campo. El tamaño del ensamblaje delos tubos múltiples está limitado por la capacidad de transportacióndisponible y el equipo de construcción de las fundaciones.




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Los intercambiadores están soportados por láminas, las cuales estánsoldadas a los bordes del cuerpo del intercambiador, extendiendo así lasección transversal de este y descansan en la barra I de la estructura desostén. Se debe tener cuidado durante la instalación para proteger elintercambiador de cargas excesivas sobre la tubería y de vibracionesseveras.

En los servicios que envuelven cambio de fase en una o más corrientes, losintercambiadores se deben instalar verticalmente con la corriente que secondensa fluyendo hacia abajo y las corrientes que se vaporizan fluyendohacia arriba. En los servicios de una sola fase, las instalaciones verticalesson usadas generalmente.

4.3.3 Datos de transferencia de calor y de caída de presión

Como en el caso de cualquier tipo de intercambiadores de calor, el diseño deintercambiadores de lámina aleteada requiere datos sobre transferencia de calory caída de presión de la superficie en consideración. Varios factores en referenciaa estos datos presentan problemas al diseñador. Primero, cada superficieindividual de lámina aleteada tiene sus propios datos de rendimiento y no se hapublicado ninguna correlación generalizada. Segundo, las superficiescomerciales son consideradas en su mayoría propiedad del fabricante y por estosólo existen disponibles cantidades limitadas de datos. La gran parte de los datosdisponibles fueron sacados de superficies no comerciales y compiladas poralgunos autores (Kays y London). Finalmente, no existen datos correlacionadosdisponibles para transferencia de calor y caída de presión con cambio de fase.

En vista de la falta de datos útiles, el procedimiento de cálculo recomendado enla sección 5 debe ser usado con sumo cuidado. Cuando se esté revisando unaoferta de contratista, los datos dados para las superficies en el diseño, deben serobtenidos y usados.

1. Sin cambio de fase – Los datos experimentales para flujo en una sola fasegeneralmente son presentados en gráficos de factor Colburn, J, y del factorde fricción, f, versus el número de Reynolds. Como se mencionóanteriormente, cada superficie individual tiene sus respectivas curvas.Usando los datos de superficie por Kays y London y los datos limitados desuperficie comercial, las curvas de los factores J y f para cada tipo decorrugación fueron preparadas y se muestran en la Figura 4.

La preparación de esta curva no es con el propósito de obtener unacorrelación generalizada precisa, sino proveer curvas típicas apropiadaspara diseños aproximados.




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2. Cambio de fase – Los pocos datos experimentales que están disponiblesindican que existe un alto grado de inseguridad en los valores del coeficientede transferencia de calor. Hasta que este problema se resuelva los siguientesvalores conservadores de coeficientes de transferencia de calor en serviciosde hidrocarburos son recomendados:

1. Hirviendo h = 1140 W/m2°C (200 BTU/hpie2°F)

2. Condensando h = 2270 W/m2°C (400 BTU/hpie2°F)

La caída de presión en los flujos de dos fases debe ser calculada como lacaída de presión en un flujo de puro gas, usando el volumen específico dela mezcla homogénea gas–líquido evaluada a la condición de calidadpromedio. Más detalles de este procedimiento viene dado en elprocedimiento detallado de diseño descrito más adelante.

5 METODOLOGIA DE DISEÑOLos cálculos de diseño para cualquier tipo de intercambiadores de calordepende de requerimientos de proceso y de las características detransferencia de calor y caída de presión de las superficies en consideración.El tipo de construcción única de intercambiadores de lámina aleteadapermite un alto grado de flexibilidad; el manejo de más de dos corrientes enun solo cuerpo de intercambiador y el tamaño y tipo de corrugación usada,la cual puede ser diferente para cada corriente. Debido a que muchosdiseños alternos pueden cumplir con los requerimientos de proceso y a queexisten un gran número de corrugaciones comerciales disponibles, cada unateniendo sus propias características de transferencia de calor y caída depresión, la experiencia y el sentido común son importantes para minimizarel tiempo requerido para seleccionar un diseño económico.

Lo que sigue a continuación es un procedimiento detallado para calcular unintercambiador de lámina aleteada con tres corrientes. Para el propósito deilustración se asume que la corriente, a, está siendo calentada por doscorrientes de productos, b y c, la corriente b a un nivel de temperatura másalto que la corriente c. Este procedimiento puede ser fácilmente extendidoal caso simple de intercambiadores de dos corrientes y a los casos máscomplicados de intercambiadores de cuatro y cinco corrientes.

El intercambiador de tres corrientes puede ser considerado comoconsistiendo de tres sub–intercambiadores, ejemplo, un sub–intercambiadora–b, un sub–intercambiador a–c y un sub–intercambiador b–c. Cada uno delos tamaños de los intercambiadores se calcula independientemente y losdiseños que resultan se combinan en un solo diseño.




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5.1 Procedimiento de cálculo detallado para intercambiadores deláminas aleteadas

A continuación se presenta el procedimiento de cálculo a seguir cuando elintercambiador seleccionado es una unidad de laminas aleteadas (ver Tabla 4):

Paso 1.– Información mínima requerida

De acuerdo con la guía general para diseño presentada en la subsección 5.3 dedocumento PDVSA–MDP–05–E–01, se requiere la siguiente información paracada corriente:

1. Flujo másico M, kg/s (lb/h)

2. Condiciones finales de fase (calidad) Xi y Xo

3. Temperaturas finales Ti y To, °C (°F)4.

4. Curva de disipación de calor (o datos equivalentes de Cp), Q vs. T

5. Presión de entrada Pi, kPa abs. (psia)

6. Caída de presión permisible �Pmáx, kPa (psia)

7. Propiedades de las corrientes; Cp, Z, K y ρ

8. Especificaciones dadas por el cliente.

9. Bases de diseño del proyecto.

Paso 2.–Criterios de diseño

Verificar que se cumplan los criterios de diseño típicos para este tipo de unidadesy servicios, los cuales se presentan en la sección 4. Otros criterios adicionales seencuentran en las subsección 4.5 del documento PDVSA–MDP–05–E–01.

Paso 3.– Cálculo de la carga calórica

La carga de calor para cada sub–intercambiador es obtenida de las curvas dedisipación de calor para las corrientes a, b y c, usando las siguientes ecuaciones:

Corriente a:

Qa � Qb � Qc Ec. (1)

Corriente b:

Qa � Qab � Qac Ec. (1a)

Qb � Qab � Qbc Ec. (1b)

Qc � Qac � Qbc Ec. (1c)




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Corriente c:

Qab � (UoA)ab�DTMeab

� Ec. (2a)

Qac � (UoA)ac (DTMeac) Ec. (2b)

Qbc � (UoA)bc�DTMebc

� Ec. (2c)

Paso 4.– Obtener la Diferencia de temperatura media efectiva, DTMe

1. Operación en contracorriente.– Cuando la curva T–Q para las doscorrientes en cualquier sub–intercambiador es lineal en todo el intervalo detemperatura, se aplica la diferencia de temperatura media logarítmica:

a. Para operaciones de flujo en contracorriente, sub–intercambiador a–by a–c

DTMLab ��Tia � Tob

� � �Toa � Tib�

ln�Tia�Tob

��Toa�Tiob

�

Ec. (3a)

a. Para operaciones de flujo corriente, sub–intercambiador b–c



ln�Tia�Tob

��Toa�Tiib

�

Ec. (3b)

Debido a que el flujo solamente es en contracorriente o en corriente, lasdiferencias de temperatura efectivas son iguales a la diferencia de temperaturamedia logarítmica

DTMeab = DTMLab

DTMeac = DTMLac

DTMebc = DTMLbc

Cuando la curva T–Q no es lineal para una corriente, los intercambiadores debenser clasificados en zonas con un DTML calculado para cada zona. La longitud decada zona es entonces calculada con las siguientes ecuaciones de diseño. Paradeterminar la longitud del sub–intercambiador son sumadas las longitudes devarias zonas.

2. Operaciones con Flujo Transversal.– (Intercambiadores con solo doscorrientes).– Para operaciones con flujo transversal, la diferencia detemperatura media logarítmica calculada en el paso (3a.) debe sermultiplicada por el factor de corrección, F




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P �Tob � Tib

Tia � TibR �

Tia � Toa

Tob � TibDTMe � F(DTML)

Paso 5.– Evaluación de la transferencia de calor total, UoA

�U0A�ab

� Qab�DTMeab Ec. (2d)�U0A�

ac� Qab�DTMeac Ec. (2e)

�U0A�bc

� Qbc�DTMebc Ec. (2f)

Paso 6.– Geometría preliminar del cuerpo del intercambiador

1. Sección transversal del cuerpo del intercambiador.– Seleccione uno delos tamaños estándar del cuerpo (longitud no especificada) de la lista en laTabla 3. Observe la limitación de la presión máxima de trabajo.

2. Selección de aletas.– Utilizando el criterio general de selección de aletaspresentado anteriormente en esta subsección, escoja las aletas a serusadas en cada corriente de la lista en la Tabla 2. Asegúrese que las aletasseleccionadas sean del mismo fabricante del cuerpo del intercambiadorseleccionado arriba. También observe las limitaciones de presión de trabajosobre las aletas.

3. Número y arreglos de canales de flujo.– El número y arreglo de pasos deflujo debe ser seleccionado de una manera tal que el calor de la corrientecaliente sea distribuido a cada una de las corrientes frías, obteniendo así elrendimiento deseado y satisfaciendo el requerimiento de la longitud efectivaen cada sub–intercambiador. La selección inicial requiere de bastanterazonamiento y experiencia. En la selección del número y arreglo de pasosde flujo, recuerde que la altura total del cuerpo del intercambiador ha sidoespecificada anteriormente y que 25 mm (1 pulg), aproximadamente de laaltura del cuerpo debe ser asignada para medidas de protección comoláminas externas y pasos simulados.

Especifique los radios, R, definidos como sigue:




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Rab = Número de Interfaces “a–b”Número total de Interfaces “a”

Rac =Número de Interfaces “a–b”Número total de Interfaces “a”

Rba = Número de Interfaces “b–a”Número total de Interfaces “b”

Rbc =Número de Interfaces “b–c”Número total de Interfaces “b”

Rca = Número de Interfaces “c–a”Número total de Interfaces “c”

Rcb = Número de Interfaces “c–b”Número total de Interfaces “c”

Paso 7.– Cálculo del área libre de flujo, Ax

Ax � A�X (N) W Ec. (4)

Paso 8.– Cálculo de la velocidad másica, G

G � M�Ax Ec. (5)

Paso 9.– Cálculo del Número de Reynolds, Re

Re � DhG�F44Z Ec. (6)

Si el Número de Reynolds calculado para cualquiera de las corrientes es mayorque 10000, debe proveerse área adicional de flujo. Esto se logra especificando unnúmero de cuerpos en paralelos cuando la configuración seleccionadaanteriormente (Paso 6), o cambiando la configuración del cuerpo delintercambiador, o haciendo las dos cosas. Después que la geometría ha sidomodificada, recalcule los puntos del 7 al 9.

Paso 10.– Cálculo del coeficiente de transferencia de calor, h

1. Sin cambio de fase

a. a. Calcule el Número de Prandlt, Pr

Pr ��F12

� Cp Z

KEc. (7)




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b. Usando la curva apropiada en la Figura 4., encuentre el factor Jcorrespondiente al Número de Reynolds

c. Calcule el coeficiente, h

h � F45 j (G) CP�Pr2�3 Ec. (8)

2. Cambio de fase

a. Hirviendo h = 1140 W/m2°C (200 BTU/hpie2°F)

b. Condensado h = 2270 W/m2°C (400 BTU/hpie2°F)

Paso 11.– Cálculo de las áreas de superficies por pie de longitud, A’t

A�t � AT�L � A��T(N)W Ec. (9)

Paso 12.– Evaluación de transferencia de calor por unidad de longitud, h�oA”T

1. Geometría de la aleta y el factor de material, Fm

Fm � 12

npb

F16

hF2 kf

�xf�F16�� Ec. (10)

En esta ecuación, b es la altura de la aleta en mm (pulg) y np es el númerode pases adyacentes de la corriente en cuestión. Para el arreglo común desuperposición simple (alternando corrientes calientes y frías), n es igual auno (1). La conductividad térmica de las aletas con material de aleación dealuminio puede ser tomada, aproximadamente constante en un valorpromedio de 156 W/m°C (90 BTU/hpie2°F/pie) en un rango de temperaturade +37 a –185°C (+100°F a –300°F). Usando este valor de kf, la expresiónde arriba de Fm puede ser simplificada como sigue:

Fm � F46 np b hxf� Ec. (10a)

2. Efectividad de la aleta, �f

�f �tan h (Fm)

FmEc. (11)

Esta relación está graficada en la Figura 6.




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3. efectividad de la superficie, �o

�0 � 1 �AfAT

�1 � �f� Ec. (12)

4. La evaluación de la transferencia de calor por unidad de longitud se definecomo h�o A’T

Paso 13.– Evaluación del coeficiente global de transferencia de calor porunidad de longitud, UoA’

1Uo A�ab

� 1�h�o A�T�a Rab

� 1�h�o A�T�b Rba

Ec. (13a)

1Uo A�ac

� 1�h�o A�T�a Rac

� 1�h�o A�T�c Rca

Ec. (13b)

1Uo A�ac

� 1�h�o A�T�b Rbc

� 1�h�o A�T�c Rbc

Ec. (13c)

Paso 14.– Cálculo de la longitud efectiva requerida, L

La geometría del cuerpo del intercambiador debe ser ahora ajustada de tal maneraque equilibre las longitudes efectivas (entre 5 y 10 por ciento) de cada una de lascorrientes frías y satisfaga los requerimientos de caída de presión. El área libre deflujo de cada corriente puede ser ajustada cambiando el número de cuerpos deintercambiadores, la sección transversal de éste, el número de arreglos decanales de flujo, y finalmente las corrugaciones. Generalmente, muchas pruebasson necesarias. Después que el balance de longitud es logrado, la corriente fríamás larga debe ser especificada y el porcentaje de área en exceso, de las otrascorrientes, debe ser dada.

Lab �(UoA)ab(UoA�)ab

�Qab�DTDMeab

(UoA�)abEc. (14a)

Lac �(UoA)ac(UoA�)ac

�Qac�DTDMeac

(UoA�)acEc. (14b)

Lbc �(UoA)bc(UoA�)bc

�Qbc�DTDMebc

(UoA�)bcEc. (14c)




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La geometría del cuerpo del intercambiador debe ser ahora ajustada de tal maneraque equilibre las longitudes efectivas (entre 5 y 10 por ciento) de cada una de lascorrientes frías y satisfaga los requerimientos de caída de presión. El área libre deflujo de cada corriente puede ser ajustada cambiando el número de cuerpos deintercambiadores, la sección transversal de éste, el número de arreglos decanales de flujo, y finalmente las corrugaciones. Generalmente, muchas pruebasson necesarias. Después que el balance de longitud es logrado, la corriente fríamás larga debe ser especificada y el porcentaje de área en exceso, de las otrascorrientes, debe ser dada.

Paso 15.– Cálculo de la caída de presión

La pérdida total de presión para cualquier corriente es la suma de las pérdidas envarias secciones del intercambiador. Esta suma incluye, empezando de la boquillade entrada a la boquilla de salida, las pérdidas individuales siguientes:

�P1 = Pérdidas por expansión de la boquilla de entrada al cabezal, kPa(psi)

�P2 = Pérdidas por contracción de la entrada del cabezal al portal, kPa(psi)

�P3 = Pérdidas por contracción del portal de entrada al área de flujodistribuidor, kPa (psi)

�P4 = Caída de presión por fricción en la entrada del distribuidor, kPa (psi)

�P5 = Pérdidas por expansión o contracción de la entrada del distribuidoral área de flujo del cuerpo del intercambiador, kPa

�P6 = Caída de presión por fricción e impulsión a través del cuerpo delintercambiador, kPa (psi)

�P7 = Pérdidas por contracción o expansión del cuerpo del intercambiadoral área de flujo del distribuidor de salida, kPa (psi)

�P8 = Caída de presión por fricción en la salida del distribuidor, kPa (psi)

�P9 = Pérdidas por expansión de la salida del distribuidor al portal, kPa(psi)

�P10 = Pérdidas por expansión del portal de salida al cabezal, kPa (psi)

�P11 = Pérdida por contracción del cabezal de salida a la boquilla, kPa(psi)

Dada la geometría en detalle de varios componentes del intercambiador, la caídade presión del intercambiador puede ser calculada usando las relaciones dadasabajo. Solamente para propósito de estimación de la suma de las caídas depresiones arriba, excluyendo �P6, puede ser calculada como aproximadamente25% de �P6 en un cuerpo de un intercambiador de 3 m (10 pie) de longitud. Encuerpos más cortos este porcentaje es proporcionalmente más largo.




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1. Pérdidas por expansión o contracción

�P �Kp

F47�V2

2gc Ec. (15)

donde: Kp = coeficiente de pérdida dependiendo de la geometría específica de laexpansión o contracción. Los valores de Kp pueden ser encontrados en lasreferencias estándar de flujo de fluidos y en PDVSA–MDP–(Pendiente: Ver MDPversión 1986, Sección 14).

�V2

2gc� Carga de velocidad en la sección transversal más pequeña

2. Pérdidas por fricción

a. Sin Cambio de fase

�Pf �4

F47f � L

Dh� � G2

2�m gch� Ec. (16)

donde: f = Factor de fricción para la superficie en consideración evaluada usandoel Número de Reynolds calculado arriba en el punto 9 (Ver Fig. 4.A, B, C o D).

�mix Densidad evaluada a la temperatura y presión promedio

b. Cambio de fase

3. Use la expresión de arriba para �P. En cálculos del Número de Reynolds, usela viscosidad del vapor. La densidad que debe usarse es la densidad de unamezcla homogénea evaluada a la condición promedio de calidad.

�mix �1

Xm�g

� (1�Xm)�L

Ec. (17)

donde:

Xm = Calidad = kg de vapor/kg de mezcla (lb de vapor/lb de mezcla)

ρg, ρl= Densidad de vapor y líquido kg/m3 (lb/pie3)

4. Pérdida por impulsión en el cuerpo del intercambiador, �Pm

La pérdida de presión por impulsión debido a cambios de temperatura en lascorrientes de gas viene dado por:

�Pm � G2

F47 gc

1�o

1�i

Ec. (18)




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5. Caída de presión total en el cuerpo del intercambiador, �P6

�P6 � �Pf � �Pm Ec. (19)

6. Caída de presión total, �Pt

Cuando todos los términos individuales de caída de presión se conocen:

�Pt � �P1 � �P2. . . � �P11 Ec. (20)

Solamente para propósitos de estimación, cuando las caídas de presión individualno pueden ser calculadas:

�Pt � 1.25 �F48�L� �P6 Ec. (21)

donde: L = Longitud efectiva de pasos, m (pie)




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6 NOMENCLATURAEn unidades

SIEn unidades

inglesas

A = Area superficial total por pie de longitud m2/m pie2/pie

A’ =

Af = Area superficial secundaria (aleta) por paso m2 pie2

A”f = Area superficial secundaria (aleta) por pasopor unidad de longitud de ancho efectivo

m2/m.mm pie2/pie.pulg

Ap = Area superficial primaria (lámina) por paso m2 pie2

A”p = Area superficial secundaria (lámina) por pasopor unidad de longitud de ancho efectivo


AT = Area superficial total de cada corriente m2 pie2

A’T = Area superficial total por unidad de longitudde cada corriente

m2/m pie2/pie

A”T = Area superficial total por paso por unidad delongitud de ancho efectivo


Ax = Area de flujo de una corriente de proceso m2 pie2

A’x = Area de flujo por paso por mm (pulg) deancho efectivo

m2/mm pie2/pulg

b = Altura de la aleta mm pulg

Cp = Calor específico kJ/kg °C BTU/lb °FDh = Diámetro hidráulico m pie

DTMe = Diferencia de temperatura media efectiva °C °FDTML = Diferencia de temperatura media logarítmica °C °Ff = Factor de fricción de caída de presión Adimensional

F = Factor de corrección de flujo transversal parala media logarítmica

Adimensional

Fi = Factor cuyo valor depende de las unidadesusadas (Ver tabla al final)

Adimensional

Fm = Factor de geometría y material de la aleta Adimensional

G = Velocidad másica kg/sm2 lb/pie2

gc = Constante gravitacional 103 kg/kPas2m 32.174 lbpie/lbfs2

gch = Constante gravitacional 103 kg/kPas2m 32.174 lbpie/lbfs2

h = Coeficiente de transferencia de calor de lapelícula

W/m2°C BTU/hpie2°F

j = Número de Stanton para factor detransferencia de calor

Adimensional




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K = Coeficiente entre la longitud actual y lalongitud proyectada (aletas tipo tejado)

m/m pie/pie

Kp = Coeficiente de pérdida de caída de presión Adimensional

k = conductividad térmica W/m°C BTU/hpie2°F/pie

kf = Conductividad térmica del material de la aleta W/m°C BTU/hpie2°F/pie

L = Longitud efectiva del paso m pie

M = Flujo másico kg/s lb/h

N = Número de pasos

n = espaciado de aletas mm pulg

np = Número de pasos adyacentes de la corriente Adimensional

Pi = Presión de entrada de la corriente kPa psi

Pr = Número de Prandtl Adimensional

�P = Pérdidas por expansión o contracción kPa psi

�Pf = Caída de presión por fricción del cuerpo delintercambiador

kPa psi

�Pm = Pérdida de impulsión en el cuerpo delintercambiador

kPa psi

�Pmáx = Máxima caída de presión permisible kPa psi

�Pt = Caída de presión total kPa psi

�P1 = Pérdidas por expansión de la boquilla deentrada al cabezal

kPa psi

�P2 = Pérdidas por contracción de la entrada delcabezal al portal

kPa psi

�P3 = Pérdidas por contracción del portal deentrada al área de flujo del distribuidor

kPa psi

�P4 = Caída de presión por fricción en la entradadel distribuidor

kPa psi

�P5 = Pérdidas por expansión o contracción de laentrada del distribuidor al área de flujo delcuerpo del intercambiador

kPa psi

�P6 = Caída de presión por fricción e impulsión através del cuerpo del intercambiador

kPa psi

�P7 = Pérdidas por expansión o contracción delcuerpo del intercambiador al área de flujo deldistribuidor de salida

kPa psi

�P8 = Caída de presión por fricción en la salida deldistribuidor

kPa psi

�P9 = Pérdidas por expansión de la salida deldistribuidor del portal

kPa psi




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�P10 = Pérdidas por expanxsión del portal de salidadel cabezal

kPa psi

�P11 = Pérdidas por contracción del cabezal desalida a la boquilla

kPa psi

Q = Velocidad de transferencia de calor W BTU/h

R = Coeficiente de interface de corriente Adimensional

Re = Número de Reynolds Adimensional

rh = Radio hidráulico m pie

Ti = Temperatura de la corriente de entrada °C °FTo = Temperatura de la corriente de salida °C °FUo = Coeficiente global de transferencia de calor W/m2°C BTU/hpie2°FV = Velocidad del fluido m/s pie/s

v = Volumen específico m3/kg pie3/lb

W = Ancho efectivo del paso mm pulg

Xf = Espesor de la aleta mm pulg

Xi = Caluidad de la corriente de entrada kgvapor/kgmezcla

lbvapor/lb mezcla

Xm = Calidad promedio de la corriente kgvapor/kgmezcla

lbvapor/lb mezcla

Xo = Calidad de la corriente que sale kgvapor/kgmezcla

lbvapor/lb mezcla

Xp = Espesor de la lámina mm pulg

Y = Fracción de la aleta perforada

Z = Viscosidad Pa.s cP

� = Coeficiente entre el área superficial total deun lado del intercambiador y el volumen entrelas láminas del mismo lado

m2/m3 pie2/pie3

� = Efectividad de la temperatura Adimensional

�f = Efectividad de aletas Adimensional

�o = efectividad de superficie Adimensional

ρ = Densidad kg/m3 lb/pie3

ρg = Densidad del vapor kg/m3 lb/pie3

ρl = Densidad del líquido kg/m3 lb/pie3

ρm = Densidad evaluada a una temperatura ypresión promedio

kg/m3 lb/pie3

ρmix = Densidad de dos fases homogéneasevaluada a las condiciones de calidadpromedio

kg/m3 lb/pie3




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FACTORES QUE DEPENDEN DE LAS UNIDADES USADAS

En unidades En unidadesSI inglesas

F2 = Ec. (10) 0.5 0.5F12 = Ec. (7) 103 2.42F16 Ecs. (I–2,I–3,I–5,I–6) 103 12F22 Ec. (I–1) 106 144F23 = Fig. (4.A, B, C, D) 2x103 1/3x1010

F44 = Ec. (6) Fig. (4.A, B, C, D) 1 2.42F45 = Ec. (8) Fig. (4.A, B, C, D) 103 1F46 = Ec. (10a) 0.00179 0.0215F47 = Ecs. (10, 16, 18) 1/2.5x107 576F48 = Ec. (21) 103 10

7 APENDICETabla 1 Relaciones geométricas para superficies de láminas aleteadas.Tabla 2a Datos geométricos de aletas (unidades SI).Tabla 2b Datos geométricos de aletas (unidades inglesas).Tabla 3 Máximas dimensiones del cuerpo del intercambiador.Tabla 4a Forma de procedimiento de cálculo detallado (unidades SI).Tabla 4a Forma de procedimiento de cálculo detallado (unidades inglesas).Figura 1 Ensamblaje de intercambiadores de láminas aleteadas.Figura 2 Arreglo de flujo para intercambiadores de láminas aleteadas.Figura 3 Corrugaciones de aletas.Figura 4a Factores de transferencia de calor y caída de presión – aletas

planas.Figura 4b Factores de transferencia de calor y caída de presión – aletas tipo

lanza.Figura 4c Factores de transferencia de calor y caída de presión – aletas

perforadas.Figura 4d Factores de transferencia de calor y caída de presión – aletas

onduladas.Figura 5 Factor de corrección del DTML de intercambiadores de flujo

transversal.Figura 6 Eficiencia de aletas.




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TABLA 1. RELACIONES GEOMETRICAS PARA SUPERFICIES DE LAMINASALETEADAS

Lo siguiente son los datos geométricos básicos para una superficie de lámina aleteada:

b = Altura de la aleta = espacio entre láminas mm (pulg)

n = Espaciado de las aletas mm (pulg)

Xf = Espesor de las aletas mm (pulg)

Y = Fracción perforada de la aleta (para aletas perforadas solamente) –

K = Coeficiente entre la longitud actual y la longitud proyectada(solamente para aletas tipo techo, esta fracción es difícil decalcular y puede ser tomada como aproximadamente 1.07 para lamayoría de las aletas tipo techo)

Los siguientes puntos describen el cuerpo del intercambiador:

Ax = Area de flujo de cada corriente m2 (pie2)

AT = Area total de transferencia de calor de cada corriente m2 (pie2)

L = Longitud efectiva del efectiva m (pie)

W = Ancho efectivo del pasaje mm (pulg)

Xp = Espesor de la lámina mm (pulg)

N = Número de pasajes de cada corriente –

De las dimensiones básicas de las aletas, las propiedades geométricas siguientes puedencalcularse para un paso de láminas aleteadas:

A’x = Area de flujo por pasaje por mm (pulg) de ancho efectivo m2/mm (pie2/pie)

Ap = Area superficial primaria (lámina por paso) m2 (pie2)

A”p = Area superficial primaria (lámina por paso) por m (pie) delongitud por mm (pulg) de ancho efectivo

m2/m.mm(pie2/pie.pulg)

Af = Area superficial secundaria (aleta) por paso m2 (pie2)

A”f = Area superficial secundaria (aleta) por paso por m (pie) delongitud por mm (pulg) de ancho efectivo


A”T = Area superficial total por paso por metro (pie) de longitud pormm (pulg) de ancho efectivo


rh = Radio hidráulico del paso de flujo, AxL/At m (pie)

Dh = Diámetro hidráulico = 4rh m (pie)

= Coeficiente entre el área superficial total de un lado delintercambiador y el volumen entre las láminas del mismo lado

m2/m3 (pie2/pie3)




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��


TABLA 1 RELACIONES GEOMETRICAS PARA SUPERFICIES DE LAMINASALETEADAS (CONT.)

Af

AT�

A��f

A��T

=Coeficiente entre el área superficial de la aleta y el áreasuperficial total –

A�x �Ax

WN= (b � Xf)(n � Xf)�1n�� 1

F22

� I–1

A��p �Ap

WL= (n � Xf) x �2n� x 1

F16

I–2

A�� f �Af

WL= (b � Xf)�2n� x k (1 � y) x 1

F16

I–3

A��T �AT

NWL= A��p � A�� f I–4

rh �AxLAT

= A�x

A�� 1

2x

(b � Xf) (n � Xf)(n � Xf) (b � Xf)k (1 � y)

x 1F16

I–5

= 2 x F16

(n � Xf) � (n � Xf)b x n




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Página 30

��


TABLA 2.

TABLA 2.A DATOS GEOMETRICOS DE ALETA (UNIDADES SI)

Tipo Compañia Altura Espaciado Espesor Max.presiónaprox.

Plana(Recta)

b (mm) n (mm) Xf (mm) A’x x 10–6 A’’p x 10–3 A’’f x 10–3 A’’T x 10–3 Af/At Dh mm Kpa,mom

SW, T * 5.08 1.81 0.20 4.331 1.775 5.375 7.150 0.751 2.42 1400

SW, T * 5.08 1.81 0.30 3.972 1.655 5.270 6.925 0.760 2.30 2100

SW * 6.35 2.54 0.64 4.287 1.800 4.500 6.000 0.750 2.86 4900

T 7.11 1.81 0.41 5.201 1.560 7.380 8.940 0.825 2.33 3500

SW * 6.35 1.69 0.30 4.956 1.645 7.140 8.785 0.813 2.26 2100

SW * 9.53 1.69 0.20 8.193 1.765 11.000 12.770 0.862 2.57 1400

T * 9.53 2.21 0.30 7.937 1.730 8.340 10.070 0.828 3.16 2100

SW * 9.53 3.17 0.64 7.110 1.610 5.590 7.200 0.778 3.95 1400

Lanza(Dentada)

SW 6.35 1.69 0.20 4.956 1.645 7.140 8.785 0.813 2.26 2100

SW 6.35 1.81 0.51 4.206 1.440 6.420 7.860 0.817 2.13 4900

SW 9.53 1.69 0.20 8.193 1.740 11.030 12.770 0.862 2.57 1400

T 7.87 1.69 0.15 7.023 1.825 9.120 10.945 0.833 2.57 1400

T 9.53 2.42 0.30 8.047 1.750 7.620 9.370 0.813 3.44 2100

T 5.08 Data no disponible 4900


Techo SW 11.30 1.41 0.15 9.949 1.765 15.815 17.580 0.899 2.27 1400

T 9.53 2.12 0.20 8.412 1.810 8.810 10.620 0.830 3.17 1400

T 10.82 2.12 0.15 9.912 1.860 10.080 11.940 0.939 3.32 1400

* – También disponibles con perforación

SW – Stewart Warner

T – Trane




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Página 31

��


TABLA 3.

TABLA 2.B DATOS GEOMETRICOS DE ALETA (UNIDADES INGLESAS)

Tipo Compañia Altura Espaciado Espesor Max.presiónaprox.

Plana(Recta)

b (pulg) n ALETAS/PULG Xf (pulg) A’x A’’T A’’f A’’T Af/At Dh (psi)

SW, T * 0.200 14 0.008 0.001184 0.148 0.448 0.596 0.751 0.00794 200

SW, T * 0.200 14 0.012 0.001086 0.138 0.439 0.577 0.760 0.00753 300

SW * 0.250 10 0.025 0.001172 0.150 0.375 0.500 0.750 0.00937 700

T 0.280 14 0.016 0.001422 0.130 0.615 0.745 0.825 0.00763 500

SW * 0.250 15 0.012 0.001355 0.137 0.595 0.732 0.813 0.00741 300

SW * 0.375 15 0.008 0.00224 0.147 0.917 1.064 0.862 0.00843 200

T * 0.375 11.5 0.012 0.00217 0.144 0.695 0.839 0.828 0.01036 300

SW * 0.375 8 0.025 0.001944 0.134 0.466 0.600 0.778 0.01296 200

Lanza(Dentada)

SW 0.250 15 0.012 0.001355 0.137 0.595 0.732 0.813 0.00742 300

SW 0.250 14 0.020 0.001150 0.120 0.535 0.655 0.817 0.00700 700

SW 0.375 15 0.008 0.00224 0.145 0.919 1.064 0.862 0.00843 200

T 0.310 15 0.006 0.00192 0.152 0.760 0.912 0.833 0.00843 200

T 0.375 10.5 0.012 0.00220 0.146 0.635 0.781 0.813 0.01128 300



Techo SW 0.445 18 0.006 0.00272 0.147 1.318 1.465 0.899 0.00744 200

T 0.375 12 0.008 0.00230 0.151 0.734 0.885 0.830 0.01040 200

T 0.426 12 0.006 0.00271 0.155 0.840 0.995 0.939 0.01090 200

* – También disponibles con perforación

SW – Stewart Warner

T – Trane




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��


TABLA 4.

TABLA 3 MAXIMAS DIMENSIONES DEL CUERPO DEL INTERCAMBIADOR

TRANE STEWART – WARNERPresión máx. de trabajo (ASME) (kPa, man) (1) 1380 2070 3450 4830 1380 3100 4830

Ancho Total Máximo (mm) (2) 914 914 635 457 762 660 451

Ancho Efectivo Máximo (mm) (2) 885 886 606 432 730 629 419

Altura Total Máxima (mm) (2) 914 914 535 514 762 762 762

Longitud Total Máxima (m) (3) 6.10 3.66 3.05 3.05 3.17 3.17 3.17

Espesor de la Lámina Separadora (mm) (2) 0.81 1.63 1.53 1.63 0.81 1.27 1.63

NOTAS:

11. PARA CONVERTIR kPa man a Psig DIVIDA ENTRE 6.89475712. PARA CONVERTIR mm a pulg DIVIDA ENTRE 25.413. PARA CONVERTIR m a pulg DIVIDA ENTRE 25.4 x 10–3




Proceso Refinería y Localización Calc. porFechaNo. de Intercambiador

1. Especificaciones de rendimiento

Corriente caliente a:Ti = °Cz = Pa.s

M = kg/sTo = °Ck = W/m°C

Xi = , Xo = ,Pi = Kpa.abs.ρ = kg/m3 cp = kj/kg

Corriente caliente b:Ti = °Cz = Pa.s



Corriente caliente c:Ti = °Cz = Pa.s



2. Carga de calor

Qa = 103 Ma cpa (Ti–To)a =

Qb = 103 Mb cpb (To–Ti)b =

Qc = 103 Mc cpc (To–Ti)c =

No. de Intercambiador

Note que: Qa = Qb + Qc

Qa = Qab + Qac

Qb = Qab – Qac

Qc = Qac + Qbc


a. Operación en contracorriente

Para corrientes a y b



ln�Tia�Tob�

�Toa�Tib�

� DTMeab �

Para corrientes b y c

DTMLac �(Tia � Toc) � (Toa � Tic)

ln�Tia�Toc��Toa�Tic

�� DTMeac �

TABLA 5.

REVISION FECHA





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��


TABLA 4.A HOJA DE CALCULO PARA INTERCAMBIADORES DE LAMINAS(UNIDADES SI)




4. Evaluación de la Transferencia Total de Calor

b. Operación con flujo transversal


DTMLbc ��Tib � Tic

� � �Tob � Toc�

ln �Tib�Tic�

�Tob�Toc�

� DTMeab �

P �Tob � Tia

Tia � Tib� R �

Tia � Toa

Tob � Tia�

(UoA)ab �Qab

DTMeab�

(UoA)ac �Qac

DTMeac�

(UoA)bc �Qbc

DTMebc�

de la Figura 5, determine F =



ln�Tia�Tob�

�Toa�Tib�

�

5. Geometría del Cuerpo del Intercambiador

DTMe � F �DTMLab� �

Primer Tanteo Segundo Tanteo Tercer Tanteoa. Seleccione el tamaño estándar

del cuerpo del intercambiadorde la Figura 3

Ancho total máx. =Ancho efectivo máx. =Altura total máx. =Longitud total máx. =Espesor de la lámina separadora =

b. Selecciones el tipo de aleta dela Tabla 2

=(1) Para la corriente a Altura, b

Espaciado de aleta, n =Espesor de aleta, Xf =

REVISION FECHA





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��


TABLA 4.A (CONTINUACION)




Primer Tanteo Segundo Tanteo Tercer Tanteo

c. Número y Arreglos de

(2) Para la corriente, b

A’x =A”F =

=Dh =AF/AT

Altura, b =Espaciado de la aleta; n =

=Espesor de la aleta; XfA’x =A”F =

=Dh =AF/AT

=A”T

(3) Para la corriente, c



=Dh =AF/AT

=AT

Para la corriente a, Na

Canales de flujo ==

Para la corriente b, Nb =Para la corriente c, Nc =

=Rab =Número de interfaces “a–b”No total de interfaces “a”

=Rac =Número de interfaces “a–c”No total de interfaces “a”

=Rba =Número de interfaces “b–a”No total de interfaces “b”

REVISION FECHA





Página 35

��






6. Area de Flujo

=

a. Una sola fase

(1) Pr = cp z/k


Número de interfaces “b–c”No total de interfaces “b”

Rbc =

=Número de interfaces “c–a”No total de interfaces “c”

Rca =

=Número de interfaces “c–b”No total de interfaces “c”

Rcb =

Para la corriente a, Ax

Ax = A’x (N) W ==

Para la corriente b, Ax =Para la corriente c, Ax =

7. Velocidad Másica

Para la corriente a, GG = M/Ax =

=Para la corriente b, G =Para la corriente c, G =

8. Número de Reynolds

Para la corriente a, ReRe= Dh G/Z =

=Para la corriente b, Re =Para la corriente c, Re =

Si cuaquier Re > 10000, el área adicional de flujo debe ser provista, cambiando la geometría del cuerpo delintercambiador, la configuración de flujo de éste o las dos.

9. Coeficiente de Transferencia de Calor

Para la corriente a, Pr =Para la corriente b, Pr =Para la corriente c, Pr =

(2) El factor j de la Figura 4Para la corriente a, j =Para la corriente b, j =Para la corriente c, j =

REVISION FECHA





Página 36

��






b. Cambio de fase


10. Area superficial por metro de longitud

Para la corriente a, A’T =Para la corriente b, A’T =Para la corriente c, A’T =

Para la corriente a, h =Para la corriente b, h =Para la corriente c, h =

Hirviendo

Condensado

h = 1140 W/m2°C

h = 2270 W/m2°C


A’T = AT/L = A”T (N) (W)

11. Evaluación de la Transferencia de Calor por Unidad de Longitud

Para la corriente a, Fm =Para la corriente b, Fm =Para la corriente c, Fm =

A’T = AT/L = A”T (N) (W)

a. Fm = 0.00179 np b hXf�

b. De la Figura 6, determine ηf

Para la corriente a, ηf =Para la corriente b, ηf =Para la corriente c, ηf =

c. ηo = 1 – (Af/AT) (1–η)

Para la corriente a, ηo =Para la corriente b, ηo =Para la corriente c, ηo =

d. Evaluación de la transferencia de calor, hηo A”T

Para la corriente a, hηo A’T =Para la corriente b, hηo A’T =Para la corriente c, hηo A’T =

(3) h = 103 j G cp/Pr2/3

REVISION FECHA





Página 37

��






a. Pérdida por fricción, ∆Pf


12. Evaluación del Coeficiente Total de Transferencia de Calor por Unidad de Longitud

=

(4)

(1) Flujo de una fase

Si es necesario la geometría del cuerpo del intercambiador debe ser ajustada de tal manera que las longitudesefectivas se balanceen entre 5% y 10%


� 1Uo A�

�ab

� 1�h�o A�T

�a

Rab

� 1�h�o A�T

�b

Rba

=� 1Uo A�

�ac

� 1�h�o A�T

�a

Rac

� 1�h�o A�T

�c

Rca

=� 1Uo A�

�bc

� 1�h�o A�T

�b

Rbc

� 1�h�o A�T

�c

Rcb

13. Longitud Efectiva Requerida

Lab �(Uo A)ab

(Uo A�)ab

=

Lac �(Uo A)ac

(Uo A�)ac

=

Lbc �(Uo A)bc

(Uo A�)bc

=

14. Caída de Presión

Densidad promedio de lacorriente a, ρm

=

Densidad promedio de lacorriente b, ρm

=

Densidad promedio de lacorriente c, ρm

=

(2) Densidad promedio para un cambio de fase, ρm

�mix �1

Xm�g

� (1�Xm)�l

REVISION FECHA





Página 38

��






b. Pérdida por Impulsión, ∆Pm


(3)

Para la corriente a, ∆Pf =Para la corriente b, ∆Pf =Para la corriente c, ∆Pf =

�Pf �1

500x f � L

Dh

G2

�m�

�Pm � G2 � 1�o

1�l�

Para la corriente a, ∆Pm =Para la corriente b, ∆Pm =Para la corriente c, ∆Pm =

c. Caída de presión total en el cuerpo del intercambiador

�P6 � �Pf � �Pm

Para la corriente a, ∆P6 =Para la corriente b, ∆P6 =Para la corriente c, ∆P6 =

d. Caída de presión total

�Pt � 1.25 �3�L� �P6

Para la corriente a, ∆Pt =Para la corriente b, ∆Pt =Para la corriente c, ∆Pt =

REVISION FECHA





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��






Proceso Refinería y Localización Calc. porFechaNo. de Intercambiador


Corriente caliente a:Ti = °Fz = cP

M = lb/hTo = °Fk = BTU/hpie2°F

Xi = , Xo= ,Pi = psia

ρ = lb/pie3cp = BTU/lb

Corriente caliente b:Ti = °Fz = cP

Corriente caliente c:Ti = °Fz = cP

2. Carga de calor

Qa = 103 Ma cpa (Ti–To)a =

Qb = 103 Mb cpb (To–Ti)b =

Qc = 103 Mc cpc (To–Ti)c =

No. de Intercambiador

Note que: Qa = Qb + Qc

Qa = Qab + Qac

Qb = Qab – Qac

Qc = Qac + Qbc


a. Operación en contracorriente

Para corrientes a y b



ln�Tia�Tob�

�Toa�Tib�

� DTMeab �


DTMLac �(Tia � Toc) � (Toa � Tic)

ln�Tia�Toc��Toa�Tic

�� DTMeac �







TABLA 6.

REVISION FECHA





Página 40

��


TABLA 4.B HOJA DE CALCULO PARA INTERCAMBIADORES DE LAMINAS(UNIDADES INGLESAS)




4. Evaluación de la Transferencia Total de Calor

b. Operación con flujo transversal


DTMLbc ��Tib � Tic

� � �Tob � Toc�

ln �Tib�Tic�

�Tob�Toc�

� DTMeab �

P �Tob � Tia

Tia � Tib� R �

Tia � Toa

Tob � Tia�

(UoA)ab �Qab

DTMeab�

(UoA)ac �Qac

DTMeac�

(UoA)bc �Qbc

DTMebc�

de la Figura 5, determine F =



ln�Tia�Tob�

�Toa�Tib�

�

5. Geometría del Cuerpo del Intercambiador

DTMe � F �DTMLab� �

Primer Tanteo Segundo Tanteo Tercer Tanteoa. Seleccione el tamaño estándar

del cuerpo del intercambiadorde la Figura 3

Ancho total máx. =Ancho efectivo máx. =Altura total máx. =Longitud total máx. =Espesor de la lámina separadora =

b. Selecciones el tipo de aleta dela Tabla 2

=(1) Para la corriente a Altura, b

Espaciado de aleta, n =Espesor de aleta, Xf =

REVISION FECHA





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��


TABLA 4.B (CONTINUACION)





c. Número y Arreglos de

(2) Para la corriente, b

A’x =A”F =

=Dh =AF/AT



=Dh =AF/AT

=A”T

(3) Para la corriente, c



=Dh =AF/AT

=AT

Para la corriente a, Na

Canales de flujo ==

Para la corriente b, Nb =Para la corriente c, Nc =

=Rab =Número de interfaces “a–b”No total de interfaces “a”

=Rac =Número de interfaces “a–c”No total de interfaces “a”

=Rba =Número de interfaces “b–a”No total de interfaces “b”

REVISION FECHA





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��






6. Area de Flujo

=

a. Una sola fase

(1) Pr = 2.42 cp z/k


Número de interfaces “b–c”No total de interfaces “b”

Rbc =

=Número de interfaces “c–a”No total de interfaces “c”

Rca =

=Número de interfaces “c–b”No total de interfaces “c”

Rcb =

Para la corriente a, Ax

Ax = A’x (N) W ==

Para la corriente b, Ax =Para la corriente c, Ax =

7. Velocidad Másica

Para la corriente a, GG = M/Ax =

=Para la corriente b, G =Para la corriente c, G =

8. Número de Reynolds

Para la corriente a, ReRe= Dh G/ 2.42 Z =

=Para la corriente b, Re =Para la corriente c, Re =

Si cuaquier Re > 10000, el área adicional de flujo debe ser provista, cambiando la geometría del cuerpo delintercambiador, la configuración de flujo de éste o las dos.

9. Coeficiente de Transferencia de Calor

Para la corriente a, Pr =Para la corriente b, Pr =Para la corriente c, Pr =

(2) El factor j de la Figura 4Para la corriente a, j =Para la corriente b, j =Para la corriente c, j =

REVISION FECHA





Página 43

��






b. Cambio de fase


10. Area superficial por metro de longitud

Para la corriente a, A’T =Para la corriente b, A’T =Para la corriente c, A’T =


Hirviendo

Condensado

h = 200 BTU / hpie2°F

h =400 BTU / hpie2°F


A’T = AT/L = A”T (N) (W)

11. Evaluación de la Transferencia de Calor por Unidad de Longitud

Para la corriente a, Fm =Para la corriente b, Fm =Para la corriente c, Fm =

A’T = AT/L = A”T (N) (W)

a. Fm = 0.025 np b hXf�

b. De la Figura 6, determine ηf

Para la corriente a, ηf =Para la corriente b, ηf =Para la corriente c, ηf =

c. ηo = 1 – (Af/AT) (1–η)

Para la corriente a, ηo =Para la corriente b, ηo =Para la corriente c, ηo =

d. Evaluación de la transferencia de calor, hηo A”T

Para la corriente a, hηo A’T =Para la corriente b, hηo A’T =Para la corriente c, hηo A’T =

(3) h = 103 j G cp/Pr2/3

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��






a. Pérdida por fricción, ∆Pf


12. Evaluación del Coeficiente Total de Transferencia de Calor por Unidad de Longitud

=

(4)

(1) Flujo de una fase

Si es necesario la geometría del cuerpo del intercambiador debe ser ajustada de tal manera que las longitudesefectivas se balanceen entre 5% y 10%


� 1Uo A�

�ab

� 1�h�o A�T

�a

Rab

� 1�h�o A�T

�b

Rba

=� 1Uo A�

�ac

� 1�h�o A�T

�a

Rac

� 1�h�o A�T

�c

Rca

=� 1Uo A�

�bc

� 1�h�o A�T

�b

Rbc

� 1�h�o A�T

�c

Rcb

13. Longitud Efectiva Requerida

Lab �(Uo A)ab

(Uo A�)ab

=

Lac �(Uo A)ac

(Uo A�)ac

=

Lbc �(Uo A)bc

(Uo A�)bc

=

14. Caída de Presión

Densidad promedio de lacorriente a, ρm

=

Densidad promedio de lacorriente b, ρm

=

Densidad promedio de lacorriente c, ρm

=

(2) Densidad promedio para un cambio de fase, ρm

�mix �1

Xm�g

� (1�Xm)�l

REVISION FECHA





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��






b. Pérdida por Impulsión, ∆Pm


(3)

Para la corriente a, ∆Pf =Para la corriente b, ∆Pf =Para la corriente c, ∆Pf =

�Pf �1

500x f � L

Dh

G2

�m�

�Pm � G2 � 1�o

1�l�

Para la corriente a, ∆Pm =Para la corriente b, ∆Pm =Para la corriente c, ∆Pm =

c. Caída de presión total en el cuerpo del intercambiador

�P6 � �Pf � �Pm

Para la corriente a, ∆P6 =Para la corriente b, ∆P6 =Para la corriente c, ∆P6 =

d. Caída de presión total

�Pt � 1.25 �3�L� �P6

Para la corriente a, ∆Pt =Para la corriente b, ∆Pt =Para la corriente c, ∆Pt =

REVISION FECHA





Página 46

��






REVISION FECHA





Página 47

��


Fig 1. ENSAMBLAJE DE INTERCAMBIADORES DE LAMINAS ALETEADAS




REVISION FECHA





Página 48

��


Fig 2. ARREGLOS DE FLUJO PARA INTERCAMBIADORES DE LAMINAS ALETEADAS




REVISION FECHA





Página 49

��


Fig 3. CORRUGACIONES DE ALETAS




Fig 4.

REVISION FECHA





Página 50

��


Fig. 4A FACTOR DE TRANSFERENCIA DE CALOR Y CAÍDA DE PRESIÓN(ALETAS PLANAS)




Fig 5.

REVISION FECHA





Página 51

��


Fig. 4B FACTOR DE TRANSFERENCIA DE CALOR Y CAÍDA DE PRESIÓN(ALETAS TIPO LANZAS)




Fig 6.

REVISION FECHA





Página 52

��


Fig. 4C FACTOR DE TRANSFERENCIA DE CALOR Y CAÍDA DE PRESIÓN(ALETAS PERFORADAS)




Fig 7.

REVISION FECHA





Página 53

��


Fig. 4D FACTOR DE TRANSFERENCIA DE CALOR Y CAÍDA DE PRESIÓN(ALETAS ONDULADAS)




Fig 8.

REVISION FECHA





Página 54

��


Fig. 5 FACTOR DE CORRECCIÓN DE DTML PARA INTERCAMBIADORES DE FLUJOTRANSVERSAL




Fig 9.

REVISION FECHA





Página 55

��


Fig. 6 EFICIENCIA DE LA ALETA




pdvsa mdp_05_e_05

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