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Diseño de un Intercambiador de Calor para una Caldera de 1500 HP, Monografías, Ensayos de Diseño

Un ejercicio práctico sobre el diseño de un intercambiador de calor para una caldera de 1500 hp. Se detallan los pasos del diseño, incluyendo el cálculo de la capacidad térmica, la selección del tipo de intercambiador, el dimensionamiento, la selección de materiales, la configuración y el diseño, las pérdidas de carga, el control y la automatización. Se incluye un modelo conceptual del intercambiador de calor tipo carcasa y tubos, con especificaciones detalladas y un esquema visual.

Tipo: Monografías, Ensayos

2023/2024

Subido el 02/09/2024

santhy-martinez
santhy-martinez 🇨🇴

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Supongamos que deseas diseñar un intercambiador de calor que precaliente el
agua de alimentación para una caldera de 1500 HP que opera entre 300 y 400
psi. La caldera utiliza vapor para calefacción y necesita agua de alimentación
a una temperatura adecuada para maximizar la eficiencia.
Especificaciones del Proyecto
Potencia de la Caldera: 1500 HP
Presión de Trabajo: 350 psi (promedio)
Temperatura del Agua de Alimentación:
Entrada: 60 °F
Salida: 200 °F (temperatura deseada para optimizar la eficiencia)
Flujo de Vapor: Aproximadamente 5000 lb/h (dependiendo del rendimiento de
la caldera).
Pasos del Diseño
lculo de la Capacidad Térmica
Primero, convertimos los caballos de fuerza a BTU/h.
1 HP = 33,475 BTU/h.
Por lo tanto, 1500 HP = 1500 \cdot 33,475 = 50,212,500 \text{ BTU/h} ]$$
Cálculo del Agua de Alimentación Necesaria
(Q) = 50,212,500 BTU/h (calor requerido por la caldera).
(𝑐)(c) = 1 BTU/lb·°F (capacidad calorífica del agua).
𝑇)(ΔT) = 200 °F - 60 °F = 140 °F.
Selección del Tipo de Intercambiador
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Supongamos que deseas diseñar un intercambiador de calor que precaliente el agua de alimentación para una caldera de 1500 HP que opera entre 300 y 400 psi. La caldera utiliza vapor para calefacción y necesita agua de alimentación a una temperatura adecuada para maximizar la eficiencia. Especificaciones del Proyecto Potencia de la Caldera: 1500 HP Presión de Trabajo: 350 psi (promedio) Temperatura del Agua de Alimentación: Entrada: 60 °F Salida: 200 °F (temperatura deseada para optimizar la eficiencia) Flujo de Vapor: Aproximadamente 5000 lb/h (dependiendo del rendimiento de la caldera). Pasos del Diseño Cálculo de la Capacidad Térmica Primero, convertimos los caballos de fuerza a BTU/h. 1 HP = 33,475 BTU/h. Por lo tanto, 1500 HP = 1500 \cdot 33,475 = 50,212,500 \text{ BTU/h} ]$$ Cálculo del Agua de Alimentación Necesaria

  • ( Q ) = 50,212,500 BTU/h (calor requerido por la caldera).
  • (𝑐)( c ) = 1 BTU/lb·°F (capacidad calorífica del agua).
  • (Δ𝑇)(Δ T ) = 200 °F - 60 °F = 140 °F. Selección del Tipo de Intercambiador

Se recomienda un intercambiador de calor de tubos debido a su capacidad para manejar altas presiones y temperaturas. Dimensionamiento del Intercambiador Determinar el área de superficie necesaria utilizando tablas o cálculos basados en la conductividad térmica y las condiciones de operación. Por ejemplo, supongamos que se requiere un área de 200 ft² para lograr la transferencia de calor deseada. Materiales Elegir acero al carbono o acero inoxidable forjado para resistir altas presiones y temperaturas, además de ser resistente a la corrosión. Configuración y Diseño Diseñar el intercambiador con un número adecuado de tubos (por ejemplo, 30 tubos) con un diámetro óptimo para maximizar el flujo y la transferencia de calor. Pérdidas de Carga Calcular las pérdidas de presión que se producirán en el sistema para elegir una bomba adecuada que pueda manejar el sistema. Control y Automatización Implementar sensores de temperatura y presión para monitorear el funcionamiento del intercambiador y ajustar la temperatura del agua de alimentación automáticamente.

El área de transferencia de calor 𝐴 A es de aproximadamente 80 ft².

  1. Diseño del flujo: Carcasa: El fluido caliente fluye a través de la carcasa, transfiriendo calor a los tubos. Tuberías: El agua de alimentación fluye a través de los tubos. Con 30 tubos y un diseño de dos pases, el agua entra por un extremo, circula a través de la mitad de los tubos, gira y regresa por los tubos restantes.
  2. Esquema del intercambiador de calor: Vista lateral: Carcasa de 10 pulgadas de diámetro con tapones en cada extremo para facilitar la limpieza y el mantenimiento. Entrada y salida del fluido caliente en la carcasa, dispuestas en configuración contracorriente para maximizar la eficiencia térmica. Vista transversal: Arreglo de tubos: Un patrón triangular para maximizar el número de tubos en el diámetro de la carcasa.

Deflectores internos en la carcasa para promover la turbulencia del fluido caliente y mejorar la transferencia de calor.

  1. Consideraciones adicionales: Análisis de caída de presión: Se debe calcular la caída de presión tanto para el fluido dentro de los tubos como en la carcasa para asegurarse de que esté dentro de los límites aceptables. Factores de ensuciamiento: Considerar el ensuciamiento potencial debido a impurezas en el agua de alimentación y el fluido caliente. Un factor de ensuciamiento típico se aplicaría al coeficiente global de transferencia de calor 𝑈 Soportes y fijaciones: Asegurar que el intercambiador esté adecuadamente soportado para manejar las cargas térmicas y mecánicas.