Intercambiador de doble tubo
Se desea enfriar una corriente de 4320 Kg/hr de Etanol puro desde 65AsC a 40AsC, utilizando como
medio refrigerante agua de red a 25A°C (salto tA©rmico permitido de 5K). Para ello se requiere
diseA±ar un intercambiador de doble tubo con una caA­da de presiA³n permitida de 0.4 kgf/cm2 para la
corriente de proceso y 0.3 kgf/cm2 para el agua de enfriamiento.
En planta se se tiene un intercambiador de doble tubo trabajando en las mismas condiciones de
operaciA³n pero con la mitad del caudal. Por ello se sabe que el ensuciamiento es exponencial , con
un factor de obstrucciA³n combinado de 0.0003 s.m2.K /J al aA±o de uso y de 0.001s.m2.K /J al cabo
de los dos aA±os.

Para ubicar los equipos de intercambio se dispone de un espacio aproximado de 7m de largo x
4m de ancho + 2.5m de alto.

Datos iniciales
Caudal MAtsico Etanol :
A 4320 W Et

kg
hr

Temp . de Entrada Etanol:

Temp . de Entrada fluido refrig. ( agua):

A 65 Te A A° 338.15 K C

A 25 t e A A° 298.15 K C

Temp . de Salida Etanol :

Temp . de Salida fluido refrig . ( agua):

A 40 Ts A A° 313.15 K C

A 30 t s A A° 303.15 K C

CaA­da de PresiA³n Admisible para el Etanol:

CaA­da de PresiA³n Admisible para el agua :

kgf

A— PEtanol

cm

A atmA—

2

kgf

A— Pagua

cm

A atmA—

2

Factor de ensuciam iento:
2

A— R req.1

A KA— m A—s
J

2

A— R req.2

KA—m A—s
J

Propiedades de los fluidos:
Etanol:
Tm

A Ts Te



2

A 325.65 K

A 760.905 Et Tm

kg
m

3

J
A— CpEt Tm
A KA—kg



Aµ centipoiseA— Et Tm

W
A KA— m A— Et Tm



Temp . m edia Etanol

Densidad Etanol

Calor EspecA­fico Etanol

Viscosidad Etanol

Conductividad Etanol


Agua:

t m

A t s te
2

Temp . m edia Agua

A 300.65 K

A 10AŽ agua tm

3 kg
3

Densidad Agua

m

J
A— Cpagua tm
A KA—kg



Calor EspecA­fico Agua



Viscosidad Agua

Aµ centipoiseA— agua tm

W
A KA— m A— agua tm



Conductividad Agua

2) C arga tA©rmica:
5 KJ
A— AŽ Ts Te A— CpEt Tm A— W Et Q
hr



Calor de la corriente de Etanol

3) C audal de refrigeraciA³n:
Q
kg
wagua
A—
A t e t s A—Cpagua t m
hr



Caudal de agua de refrigeraciA³n

4) C AtTml :Dlculo de la
Tml

A 23.604 K te Ts ts Te A¶ t s Te AŠ A· A· t e Ts A§ Aš Až A§ln

5) C oeficiente Pelicular:
Tubo Interno: Agua
A 1 mvagua
s

at

di

wagua



A vaguaA—agua tm
A atA—4

A 2.067in di

A inA—

Velocidad del agua (Para lA­q. poco viscosos
se recom iendan velocidades de 1 a 2 m / s)
A 10AŽ

m

2

Area de flujo tubo interno

DiAtmetro interno del tubo interno

DiAtmetro interno tubo interno
(Tabla 11 A pend. de Kern)


(Ced. 40 )

A cmA— 2.38 in do

DiAtmetro externo tubo interno

2

at

A diA—

wagua

vagua

Ret

Prt

A 10AŽ

m

2

A 1.179

A atA— tm agua



A agua tmA— vagua A—di

m

Velocidad del agua

s

NAsmero de Reinolds del tubo interno

A 73703

Aµagua t m



Area de flujo tubo interno

A—Cpagua tm A Aµagua t m



agua t m

NAsmero de Prandtl del tubo interno

A 7.797

Coeficiente pelicular :
Para rA©gimen laminar (Re< 2100):
k

A¶d
AŠ A· A— Pr A— Re A§ A— A—h = 1.86
Ašd
AžL

0.33

AŠAµA¶ A§A— A· Aš AµAžw

0.14

Para rA©gimen turbulento (Re> 10000 ):
A—h = 0.023

k
d

Re

0.8

A PrA— AŠAµA¶ A· Aš AµAžw

A§A—

Para el agua:
0.8

A— t) A— A—h = 1423

h [ J /m 2. s.K]= c oef. pelicular

0.2

t [AsC]= t emp . m edia agua (entre 5 y 95 AsC)

v

d

v [ m/ s] = velocidad agua (entre 0.3 y 3m / s)
d [ m ] = diAtmetro interno (entre 0.01 y 0.05 m )

A— hi



agua t m
di

A RetA—

0.8

A PrtA—

di
J
A— hi hio
A—
2
do
KA—m A—s

0.33

A—

J
2

Coeficiente pelicular del tubo interno

A KA— m A—s

Coeficiente pelicular del tubo interno
corregido al diAtmetro externo

Anulo: Etanol
DiAtmetro interno tubo externo
('Combinaciones comunes para interc . doble
tubo ' , pag. Transf . de Calor en Ing. de
Procesos , E. C ao)

A 3in D s

A¶ d 2 D 2 AŠ Ažo
sAš A— as
A 10 mAŽ
4

Area de flujo Atnulo

W Et
m
vetanol
A 0.933
A Et TmA—as
s

Velocidad en el Atnulo

R H

as

A 10AŽ

A doA—

Radio HidrAtulico

m

DiAtmetro equivalente (solo para calculo de h)

A 0.036 m R H A— D eq

Res

Prs

A 38297

A Et TmA— vetanol A—D eq



AµEt Tm

NAsmero de Reinolds en el Atnulo

A 9.842 Tm Et

A—CpEt Tm A AµEt Tm

A— ho

A— Pr 0.33 A—Re 0.8 A—

Et tm

s

D eq

s

NAsmero de Prandtl en el Atnulo

J
2

Coeficiente pelicular del Atnulo

KA—m A—s

CorrecciA³n de los coef . peliculares por temperatura de pared
A 40 Tw A A°C
Given



A t m Tw A— Tw = hio Tm A—ho



A Find Tw Tw

A— Tw A A°C
di

hi0
A— A—
do

A— ho

AŠ A— Pr 0.33 A— Re 0.8 A— Aµ JA— A¶ tm agua
A§ A·
t
t
A§ AµA· Tw agua
2
di
Aš Až
KA—m A—s

agua t m

AŠ A— Pr 0.33 A—Re 0.8 A— Aµ JA— A¶ Tm Et
A§ A·
s
s
A§ AµA· Tw Et
2
D eq
Aš Až
A KA— m A—s

Et tm


Al ponerse en operaciA³n:

A¶ AŠ A§ U i
A· Až ho hio Aš Ai

Li

Q

J

A—

A 3.832 m

A TmlA—U i
Ai

1

Coeficiente global lim pio de transf . de calor

2

KA—m A—s
2

Area de transferencia de calor
(para el equipo limpio )
Longitud de intercambio
(para el equipo limpio )

A 20.18 m

A doA—

Longitud de los tubos
(para el equipo limpio )

A 5m Lt
N tubos.i

Li
Lt

Cantidad de tubos necesarios
(para el equipo limpio )

4

Suponiendo una limpieza anual:

U 1

A1

L1

R AŠ A¶
hA§ A·req.1
hio
oAš Až
Q
A TmlA—U 1
A1
A doA—

A 4.751 m A—

J
2

2

Area de transferencia de calor

Longitud de intercambio

A 25.017 m
L1

N tubos.1

Lt

Coeficiente global de transf. de calor

A KA— m A—s

Cantidad de tubos necesarios

5

Suponiendo una limpiezabi-anual:

U 2

A2

L2

R AŠ A¶
hA§ A·req.2
hio
oAš Až
Q
A TmlA—U 2
A2
A doA— N tubos.2

A 6.895 m

A 36.305 m
L2
Lt

A 7.3 A—

J
2

Coeficiente global de transf. de calor

A KA— m A—s
Area de transferencia de calor

Longitud de intercambio

Cantidad de tubos necesarios


6) P erdida de carga:
Factor de FricciA³n:
16

Para rA©gimen laminar (Re< 2100):

f=

Para rA©gimen turbulento (Re> 2100) y tubos lisos:

f = 0.0014

Re
0.125
0.32

Res

Para rA©gimen turbulento (Re> 2100) y tubos de acero comercial:

f = 0.0035

0.264
0.42

Res

Tubo Interno: Agua
0.264

f t

Ret

A 10AŽ

Factor de fricciA³n tubo interno

Factor de correcciA³n para I”P => (Aµ/Aµw)a, donde a= 0.14 para rA©gim en turbulento
y a= 0. 25 para rA©gim en laminar

AŠ AµA¶ tm agua
A· A— f t A— Pt
A§ A— vagua A— tm agua A— A§ AµA· Tw agua
di
Aš Až
L1

0.14

2

A—

kgf
cm

2

Perdida de carga tubo interno

Anulo: Etanol
DiAtmetro equivalente
(solo para calculo de I”P)

D eqAŽ A 0.016 m do D s

ResAŽ

D eqAŽ A Et TmA— vetanol A—

AµEt Tm

0.264

f s

0.42

NAsmero de Reinolds en el Atnulo

16942

A 10AŽ

Factor de fricciA³n Atnulo

Res

AŠ AµA¶ Tm Et
A· A— f s A— Ps1
A§ A— vetanol A— Tm Et A— A§ AµA· Tw Et
D eqAŽ
Aš Až
L1

Ps2

Ps

2



A vetanolA— Et Tm A—N tubos.1
4

Ps1

A— Ps2

0.14

A—

cm

cm

2

2

Perdida de carga anulo
(debido a flujo de fluido en los tubos)

2

A 10AŽ

A 3 kgf A—
2

cm

kgf

kgf

Perdida de carga en el anulo
(debido a los cambios de direcciA³n )

Perdida de carga total en el anulo


Reference:K:Propiedades Etanol-Agua.xmcd
Reference:H:Propiedades Etanol-Agua.xmcd





1
R req.1

J

A—

1
R req.2

2
A KA— m A—s

A—

J
2

KA—m A—s


R epresenta la relaciA³n que existe entre la difusividad molecular debida a la transferencia de cantidad de m
difusividad molecular debida a la transferencia de calor. Alternativam ente es la relaciA³n entre el espesor d
debida a la cantidad de movimiento y la capa lA­mite tA©rm ica
-va desde m enos de 0.01 para los metales lA­quidos hasta mAts de 100. 000 para los aceites pesados
-es del orden de 10 para el agua .
-para los gases son de alrededor de 1


d e cantidad de movimiento y la
ntre el espesor de la capa lA­mite s pesados.

A