Guía para verificar el diseño de un intercambiador multitubular.
Comprueba el diseño de cualquier intercambiador multitubular siguiendo estos pasos. Puedes configurar un informe justificativo con las aplicaciones que pongo a tu disposición.
👉 Puedes utilizar la sección inferior de comentarios para pedir soporte técnico.
PASO 1: Comprobar diseño térmico del intercambiador:
- Calcular el Balance térmico lado carcasa y lado tubos. [Applet]
- Calcular la LMTD. [Applet]
- Calcular la Potencia Térmica desarrollada por el equipo. P = U (coef. global) * A (Superficie intercambio) * LMTD (media logaritmica de Tª)
- Calcular la Velocidad por dentro de tubos. [Applet]
- Calcular la Pérdida de carga lado tubos. [Applet]
PASO 2: Comprobar el diseño mecánico del intercambiador.
- Comprueba el espesor de la envolvente/carcasa/virola del intercambiador tubular. [Applet]
- Calcula el espesor de la placa tubular. [Applet]
- Calcular el peso del intercambiador. [Applet]
Hola,
En el paso 1 encontré un valor de potencia diferente de lo que está en la tabla de especificación TEMA, 887kW. Utilizé los datos de tubo side SEWATER, encontré una potencia térmica requerida de 3194 MW.
Se utilizó la fórmula P = m * Cp * (T2-T1), con m = 48783, Cp = 4.092, T2 = 15 y T1 = -1.
Si el valor de P a encontrar es 887kW, quería saber dónde está el error.
Hola Leliane,
Me alegra que vayan apareciendo pequeñas dificultades. Sólo te falta hacer un cambio en las unidades del caudal m=48783kg/h debes pasarlo a kg/s te dará = 13,55kg/s.
P=13,55kg/s*4,092kJ/(kgºC)*(15-(-1))=887kW.
Leliane, compruébalo ahora con la applet del portafolio e imprime el justificante: https://ingenieriacolaborativa.com/balance-termico/
Sigue así, los fallos en cambios de unidades son muy habituales. Pero, está muy bien, cuantos más errores cometamos, más aprenderemos. ¡Ánimo!
Un saludo.
Gracias,
Hice la comprobación en el applet del portafolios, y encontré 997 kW. ¿El tipo de Amonia es de 0 celcius?
En el intercambiador tienes dos fluidos:
1) el agua de mar que circula por lado tubos y,
2) el amoniaco que circula por lado carcasa.
El cálculo del comentario anterior corresponde al balance térmico de lado tubos, por tanto debes seleccionar como fluido agua de mar (seawater). Inténtalo de nuevo seleccionado el fluido correcto.
Una vez tengas el balance térmico del lado tubos hecho, intenta hacer el balance térmico en el lado carcasa. Recuerda que en el lado carcasa tienes como fluido amoníaco que se está evaporando.
Un saludo.
Hola Leliane,
NOTA: Resuelvo tus dudas por aquí para que tus compañeros se enteren.
1) La LMTD debe darte aproximadamente 9,9ºC. El fluido caliente (seawater) entra a 15ºC, cede calor, y sale a una temperatura de -1ºC. El fluido frío (amoníaco) está evaporándose, es decir, es un cambio de fase, por tanto la temperatura permanece constante a -5ºC.
2)En cuanto al cálculo del espesor, tanto la placa tubular como la chapa del recipiente son de acero al carbono SA516Gr.70. Por tanto, el valor de la tensión admisible que debes usar en ambos casos es el mismo. Visita la siguiente página y haz una captura de pantalla para justificar el valor que utilizas: https://www.red-bag.com/material-properties.html. También puedes utilizar las tablas que te proporcioné en clase. En relación a lo que comentas del titanio, este es el material que se utiliza para el tubo de intercambio. Como sabes, por dentro de los tubos circula agua de mar (seawater), comprueba que el titanio es adecuado para agua de mar.
3)Para el cálculo de la velocidad por dentro de tubos utiliza esta aplicación: https://ingenieriacolaborativa.com/perdida-carga-interior-tubos/ Debes saber que el equipo tiene un total de 370 tubos (linea 40) y que el intercambiador tiene 10 pasos o circuitos. Entonces en cada paso tienes 37 tubos de una longitud de 2700mm. ¡Ojo! a los cambios de unidades en la viscosidad y en el caudal. Debería darte el resultado.
4) La hoja de cálculo en excel, observo que tienes mal la presión de evaporación (línea 25 en la hoja TEMA) y la temperatura de evaporación del amoníaco (línea 16). El número de tubos se indica en la línea 40 y el número de pasos por tubos lo tienes en la línea 35. ¡Atención! los decimales se indican con comas.
5) Para el balance del lado amoníaco, debes tener en cuenta que es un cambio de fase y debes consultar los valores de las entalpías en unas tablas de saturación de amoníaco.
Buenos días Sebastián, le escribo este mensaje porque tenemos una duda con el resultado de la pérdida de carga.
Realizando el cálculo de la pérdida de carga nos sale un valor en el fluido que va por el interior de tubos (agua de mar) entre 0,72 o 0,77 bar, bien si lo calculamos a la entrada o salida. Sin embargo, en los apuntes que nos facilitaste en clase, se indica que para líquidos no viscosos el valor límite de pérdida de carga es 0,5 bar. La pregunta es: debemos cambiar de sustancia o geometría del evaporador?
PD:
-En los cálculos del espesor de carcasa supusimos un E de 0,85.
-En los cálculos de espesor placa tubular supusimos que está anclada.
-Entendemos que el valor de espesor de tubo es 1 mm (Tks-Avg).
Un saludo.
Carlos Pose
Hola Carlos,
Si te fijas en la línea 27 pone pressure drop allow / calculated. El cliente para este proyecto te permite como máximo 0,8 bar. Por lo tanto, la pérdida de carga de aproximadamente 0.7bar es aceptable. El cliente suele indicar las pérdidas de carga. Si no os lo indicara, utilizáis el cuadro que está en las transparencias.
E=0.85 es correcto. Significa que hacéis un análisis radiográfico de la soldadura de la carcasa por puntos.
Efectivamente, la placa tubular es fija tal y como veis en el sketch.
Correcto el espesor del tubo es 1mm.
Un saludo.
Hola Carlos,
Veo que está bastante bien enfocado el trabajo. Sólo os queda analizar la línea 30 de la Hoja TEMA. En ella figuran tres coeficientes globales de transmisión de calor:
1) El mínimo requerido,
2) el de estado sucio y
3) el de estado limpio.
Quiero que comprobéis el margen de sobre-dimensionamiento en tanto por ciento del equipo en estado sucio y limpio.
Un saludo.
Hola,
El informe a entregar es sólo un documento relatando una pequeña descripción del intercambiador, decir si la propuesta es válida o no, presentar una tabla de resumen, comparando los resultados de los cálculos con los de la hoja TEMA, y como justificación presentar en anexo las hojas del cálculo?
Hola Leliane. Correcto, así es.
Hola Adrián, contesto aquí para que tus compañeros sepan del tema:
El diámetro de la junta puedes considerarlo equivalente al diámetro exterior de la carcasa.
Para el esfuerzo admisible deberíamos ir al ASME II, pero existe una herramienta muy práctica en internet: https://www.red-bag.com/material-properties.html
En cuanto al tipo de placa tubular, tienes que fijarte en la configuración del equipo: es con tubos en U o es con tubos rectos?
Para el cálculo de la pérdida de carga, tenéis que tener en cuenta lo siguiente:
– el número de tubos por paso es igual al numero total de tubos dividido entre el numero de pasos.
– el numero de pasos por tubos es el numero de vueltas que da el fluido por el interior del lado tubos en este caso es 10 vueltas o 10 pasos.