Ducumento Final Proyecto Ing. de Calor

8/17/2019 Ducumento Final Proyecto Ing. de Calor

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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO.

FACULTAD DE QUÍMICA.

“PROYECTO INGENIERÍA DE CALOR”

ALUMNOS:

García Ochoa Jesús Christian

Hernández Salazar Emilio

Isidro Guadalupe Ana Lucero

Mendoza Meía !iana Itzel

"e#a $e%es &íctor Leonel

$uiz "'rez (renda

Ciudd U!i"#$%i&$i' M()i*+' DFCARTA DE TRANSMISIÓN


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"ro%ecto In)eniería de calor

México Distrito Federal, 13 de Mayo del 2014

Para el Ingeniero Químico arlos !l"are# Maciel$

% tra"és de la &resente, nuestra com&a'ía ()*IQ +(oluciones en Ingeniería Química

nos &ermitimos &resentar el &royecto “Tren de precalentamiento para una torre defraccionamiento de petróleo crudo despuntado”.

Para -ue un .lu/o de 10 000 PD de &etrleo crudo des&untado a 0F salga de untren de &recalentamiento a 00F, y -ue des&ués entre al calentador a .uego directo+5orno &re"io a la torre de .raccionamiento de cual se re-uiere -ue el .lu/o de&etrleo crudo des&untado salga a 660F, se 5acen las siguientes recomendaciones7

8l tren de &recalentamiento estar9 com&uesto de 1: intercam;iadores de 5a# yen"ol"ente< se em&learan las corrientes &ro"enientes del .raccionamiento &rimario delcrudo &ara calentar el &etrleo crudo< la to&ología de las corrientes &ara todos los

intercam;iadores ser9 -ue el &etrleo estar9 en tu;os y los .raccionamientos&rimarios del crudo +na.a, tur;osina, -uerosina, diésel, gasleo &esado y residuo &or la cora#a$

Para este &roceso de &recalentamiento se consider el uso de una ;om;a &araim&ulsar al &etrleo crudo des&untado 5acia el tren de &recalentamiento, y uncalentador a .uego directo +5orno &ara aumentar .inalmente la tem&eratura del&etrleo crudo a 660F, -ue des&ués entrara a la torre de .raccionamiento$

8l osto estimado &ara la in"ersin inicial en e-ui&os de Intercam;iadores de alor yel =orno, %gua y >a&or de Proceso es de7 9, 825, 760 US$

(in m9s &or el momento nos des&edimos dese9ndole éxito en todas sus la;ores$

ordialmente ()*IQ

_____________ _____________ ____________

Isidro ?uadalu&e %na *ucero =ern9nde# (ala#ar 8milio ?arcía )c5oa @esAs 5ristian

_____________

______________ _____________

Mendo#a Me/ía Diana It#el Pe'a Beyes >íctor *eonel Bui# Pére# renda

PLANTEAMIENTO DE LA RESOLUCIÓN DEL PROBLEMA

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8l &etrleo es un recurso de alto "alor industrial y econmico, &ues de él seextraen agentes -uímicos de gran utilidad, adem9s de di"ersos ti&os decom;usti;les7 gasolina, diésel, com;ustleo, entre otros$ *a se&aracin del&etrleo crudo en sus .racciones &rinci&ales se lle"a a ca;o en una &rimer torre

de destilacin +.raccionamiento &rimario, la cual consume una gran cantidadde energía$ Para a&ro"ec5ar al m9ximo los recursos energéticos, se a&ro"ec5ala energía térmica de las .racciones de la destilacin &rimaria del &etrleo &aracalentar al crudo &re"io a su entrada a la torre de destilacin$ 8sto se e.ectAamediante un tren de &recalentamiento consistente en una serie deintercam;iadores de calor, como se muestra en la .igura siguiente7

% las di.erentes .racciones de &etrleo em&leadas en los intercam;iadores decalor del tren de &recalentamiento, se les somete a un re.inamiento &osterior

&ara trans.ormarlas en &roductos de un alto "alor agregado$

PB)*8M%7

Cna corriente de &etrleo crudo de 3%PI y con un .lu/o de 10,000 PD,entra a una serie de intercam;iadores de calor &ara incrementar sutem&eratura de 0F 5asta 00F, em&leando las corrientes &ro"enientes del.raccionamiento &rimario del crudo$ (i los intercam;iadores de calor son de 5a#y en"ol"ente, dise'a el tren de &recalentamiento$

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(e tra;a/ con las siguientes &ro&iedades, las cuales .ueron calculadas en;ase a la tem&eratura &romedio +tm o m de entrada y salida &ara cadasustancia7

o&ología de las corrientes7

(e &lantea -ue &or dentro del tu;o "aya el &etrleo de;ido a su alta "iscosidad

Ejemplo Querosina

%lgoritmo de c9lculo7

vq=4700 Barriles

Día =0.31

f t 3

s

W =vq∗densidad querosina

W =0.31f t

3

s

∗54.3123 lb

f t 3=16.8368

lb

s

Petrleo

vp=105000BPD=6.83f t 3

s

w=vp∗densidad petroleo

w=6.83 f t

3

s

∗59.3065 lb

f t 3=405.06

lb

s ∗3600 s

1h

=1458228.222 lb /h

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Primero se &lantea calcular la carga térmica en ;ase a la tem&eratura de salida

del intercam;iador anterior, -ue es t 1 , o en el caso de la na.ta, la

tem&eratura del &etrleo es 0F, t 2 es una tem&eratura su&uesta a la -uedeseamos salga el &etrleo$

8n ;ase a esto se &lantea lo siguiente, calculando la carga térmica7

q=wC p petróleo∗(t 2−t 1)

on lo -ue se o;tiene el calor -ue se trans.eriría$

Des&e/ando la tem&eratura de salida de la -uerosina T 1

T 1= q

wC pdestilado+T 2

alculando el coe.iciente de trans.erencia de calor del lado de los tu;os

μiμw

¿0.14 (did0)

d i vi ρiμi

¿0.8(Cpi μik i )1

3 ¿

hio dik i

=0.027¿

Primero de;emos conocer los di9metros, se &ro&one tra;a/ar con un di9metrocalculado mediante la ecuacin de arloE

d0=1∈, di=0.87∈¿

(e &uede conocer el nAmero de Beynolds con las &ro&iedades del &etrleo

ℜ=di v i ρi

μ i=

d i∗G

μ i

Pr=Cp∗ μ

k

ℜ¿0.8 ( Pr )1

3 ( k id

0

)

hio

∅t

=0.027¿

on lo -ue &odemos calcularhio

∅t

( BT

h f t 2! "

)

Pode#os$al$ular el a ft

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a ft =W t

Gt ( f t 2)

GT =flu%o volu#&tri$o∗ ρ petróleo( lb

f t 2

∗s

)

a ft =W GT

(f t 2)

a f /tubo=' 4

d i2(f t 2)

( tubos= aft a f

tubo

=

W GT

( f t 2)

' 4 d i

2

( f t 2

)

= ()#ero de tubos

Pt =1.25d0∈¿

Pt =$ * −d0 $ * = Pt −d0(¿)

oe.iciente de trans.erencia del lado de la cora#a7

μ0μw

¿0.14

d0 v0 ρ0μ0¿0.8( Cp

0 μ0k 0 )1

3¿

ho dek 0

=0.027¿

de= Di+#etro equivalente , $onsiderandoun arrelo tri+nular

de=4 (

1

2 P t (0.86 )−

1

2'

d2

4)

1

2

'd

(¿)

on las &ro&iedades del &etrleo a las tem&eraturas medias se &uede o;tener

ℜ¿0.8 ( Pr )1

3 (k sde)

ho∅s

=0.027¿

Cna "e# -ue se calcula ese término se &uede sustituir en la siguiente ecuacin

considerando nue"amente -ue el &etrleo "a &or dentro y el .luido caliente "a&or .uera7

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t w=t #+( 1

hio∅t

)

( 1

ho∅t )

+

( 1

hio∅s )

(T #−t #)

8n caso de -ue el .luido caliente "aya &or .uera, -ue es lo -ue ocurre en el&royecto7

T w=T #−

( 1

ho∅t

)( 1

ho∅t )

+( 1

hio∅s )

(T #−t #)

Cna "e# reali#ado esto &odemos o;tener las "iscosidades acorde a latem&eratura de &ared y calcular ∅t -∅s

μ t

μwt ¿

0.14

∅t =¿

μs

μws¿0.14

∅s=¿

Posteriormente &rocedemos a calcular el coe.iciente de trans.erencia de calor

&ero antes de eso necesitamos o;tener hio - ho

hio=(hio

∅t )∗∅t ( BT h f t 2 ! " )

ho=( ho∅s )∗∅s( BT

h f t 2! " )

Cna "e# calculado esto &odemos o;tener el coe.iciente glo;al de trans.erenciade calor lim&io7

$=

1

1hio

+ 1ho

( BT

h f t 2! " )

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(e &uede calcular el coe.iciente de calor sucio considerando el .di - .do am;os datos del ern$

D= 1

1 $

+ .di+ .do

( BT

h f t 2

! "

)

Cna "e# o;tenido este "alor se &uede &roceder a calcular el 9rea detrans.erencia de calor7

q= D∗ /T ∗ 01TD∗ " t ( BT

h f t 2! " )

" t es un "alor -ue se &uede o;tener del ern, es un .actor de correccin

Posteriormente &odemos calcular el 9rea de trans.erencia de calor y el *MDcon las tem&eraturas esta;lecidas &re"iamente$

/T = q

D∗ 01TD(f t 2)

01TD=(T 1−t 2)−(T 2−t 1)

ln (( T 1−t 2 )

(T 2−t 1))

(! " )

Posteriormente se &rocede a calcular el nAmero total de tu;os7

( TotalTubos= /T

/ tubos=

/T ( f t 2)

' ∗d0∗ 0( f t 2)

on este "alor se &uede calcular el nAmero de &asos, recordando -ue se tiene-ue redondear a un "alor entero$

on el nAmero total de tu;os se &uede o;tener el nAmero de &asos

( pasos t = ( TotalTubos ( Tubos / paso

( pasoss= ( pasos t

2

Cna "e# o;tenida la con.iguracin del intercam;iador &odemos o;tener la

correccin del 9rea de trans.erencia de calor /T

.=T 1−T 2t 1−t 2

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3= t 2−t 1T 1−t 1

8stos "alores se &ueden correlacionar en las gr9.icas de las &9ginas 33G3H

del ern, de acuerdo a la con.iguracin -ue se tenga$

);tenemos con ello un "alor de correccin " t , el cu9l &odremos em&lear&ara o;tener el 9rea de trans.erencia de calor con una modi.icacin, donde

/T es el 9rea de trans.erencia de calor &re"iamente o;tenido, el cual es

e-ui"alente a tener un " t =1 $

/T$= /T " t

( f t 2)

Podemos o;tener de nue"a cuenta el nAmero total de tu;os con esta 9reacorregida$

( TotalTubos= /T$

' ∗d0∗ 0

Cna "e# o;tenido esto se &uede &roceder a calcular el di9metro de la cora#a,&ara esto se &uede considerar un arreglo triangular

Ds=1.15∗ Pt ∗√ ( TotalTubos (¿)

%rreglo de di9metro e-ui"alente &ara el c9lculo del nAmero de Beynolds

/rrelo $uadradode=4 ( Pt 2−

' d2

4 )

'd =

4 Pt 2−' d2

'd

/rrelo tri+nular de=3.44 P t 2−' d2

'd

aídas de &resin

Por el lado de los tu;os

4 Pt =4 P tubos+4 P retornos

Para calcular la caída de &resin en los tu;os utili#amos7

4 P tubos= ¿2 f 5 ( +1

5.22 6 1010 di3∅t

Para &oder o;tener el .actor de .riccin en los tu;os, calculamos el nAmero deBeynolds en los mismos$

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.et =diGt

μt

Donde ( +1=12 0B

Para el c9lculo de la caída de &resin en los retornos

4 P retornos=4n3 ( 7

2

2$ )( psi)Del lado de la cora#a utili#amos7

8 Ps= f (Gs )2 Ds( ( +1)

5.22 6 1010

de3, sϕ

am;ién &ara &oder o;tener el .actor de .riccin , calculamos el nAmero deBeynolds

.es=deGs

μs

Para reali#ar la correccin del 5o se reali#a la siguiente correccin mediante elsiguiente método$

Méo!o !e Bell

h$ora9a=hideal∗: $∗: l∗: b∗: s∗: r

Dnde7

: $= "a$tor de $orre$$ón por la$onfiura$iónde la#a#para

: l= "a$tor de $orre$ión paralosefe$tos de fuasla #a#para

: b= "a$tor de $orre$ión paralos efe$tosdederra#es en el ha9 detubos

: s= "a$tor de$orre$ión parael espa$ia#ientodesiual

delas #a#parasenla entrada - /os+lida

: r= "a$tor de$orre$$ión parala a$u#ula$iónde radientesadversos

$onn)#eros de .e-nolds #enores a100

Para &oder calcular estos .actores se &lantea calcular ciertos &ar9metros -ue

inter"ienen, los cuales se muestran a continuacin$

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8s&aciamiento de los tu;os &aralelos al .lu/o p p

Para arreglos triangulares7

p p= p∗sen(' 3 )

Para arreglos cuadrados

p p= p

Para es&aciamiento de los tu;os en direccin normal al .lu/o

Para arreglos triangulares7

pn= p∗cos(

' 3 )

Para arreglos en cuadrados7

pn= p

Amero de 5ileras de tu;os cru#ados en una seccin de .lu/o trans"ersal

( $=

Ds[1−2∗( l$

Ds)]

p p

Dnde7

l$= /lturade la#a#para

l$ D s

=Cortedel defle$tor

Podemos calcular la .raccin de tu;os

Ds= Día#etrod e la$ora9a

" $=1

' [' +

2∗ D s−2 l$ Dotl

∗sen (cos−1 Ds−2l$ Dotl )−2cos−1(

Ds−2 l$ Dotl

)]

Dotl= Ds∗112

= Dí+#etrolí#ite e;terior de tubos de la $ar$a9a

am;ién &odemos calcular el nAmero de 5ileras e.icaces de .lu/o trans"ersal en

cada "entana ( $w

( $w=0.8 l$

p p

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8l 9rea de .lu/o trans"ersal en la línea central o cerca de ella &ara una seccinde .lu/o trans"ersal 3# se &uede o;tener de la siguiente manera7

Para con.iguraciones cuadradas7

3#=B [ D s− Dotl+ Dotl−d0

pn∗( p−d0 )]

Dnde7

d0= Di+#etro e;terior de los tubos

Para con.iguraciones triangulares7

3#=B [ D s− Dotl+ Dotl−d0

p ∗( p−d0 )]

)tro &ar9metro es la .raccin de 9rea de .lu/o trans"ersal dis&oni;le &ara el

.lu/o de des"iacin " bp

" bp=( d i− Dotl)∗B

3#

!rea de .uga entre tu;os y mam&aras7

3 tb=b∗d02∗ ( T ∗(1+ "$)

Dnde ; es un .actor

b=1.701∗10−4

(e &ueda calcular el 9rea de .uga entre la carcasa y la mam&ara7

3sb= Ds


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9lculos &ara o;tener el 9rea de .lu/o a tra"és de la "entana7

' cos−1(1−

2∗l$ D s )−(

1−2∗l$ Ds )∗√

1−(1−

2∗l$ D s )

2

3w= Ds

2

4 ∗¿

Dnde7

3wt = ( T 8 ∗(1− " $)∗' ∗d0

2

(umando am;os términos o;tenemos7

3w=3w+3wt

Betomando7

3w= >reatotal de laventana

3wt = >reao$upada por lostubos en la ventana

3w= >reade flu%o a trav&s dela ventana

Podemos calcular el 9ngulo de corte de la mam&aras + ?b ¿ en radiantesmediante la siguiente ecuacin7

?b=2∗cos−1(1−

2∗l$ Ds

)

alculando el nAmero de mam&aras

( b=12∗ 0

B −1

Cna "e# calculados estos &ar9metros se &uede &roceder a o;tener los .actoresde correccin mediante gr9.icos &ro&orcionados$

Corre""i#n !e las "a$!as !e presion

8 Pbk =b @ f k w

2 (

$

ρ 3#2

@( μ# μ )0.14

;J1$432eG0: &ara sistema internacional +adim$

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;J3$32H2eG11 &ara sistema inglés +adim

aída de &resin &ara una seccin una "entana ideal + 8 P k w

si ℜA100

4 PWk =b @W

2(2+0.6 ( $w)

3 w @ 3 # @ ρ

;J1$4328G0: &ara sistema internacional +adim

;J3$3228G11 &ara sistema inglés +adim

&osteriormente ;uscamos en gra.icas los .actores de correccin

;uscamos el .actor de correccin &or el e.ecto de la .uga en los de.lectores +Bi

tam;ién el, .actor de correccin &ara la des"iacin del 5a# de tu;os +B;

calculamos la caída de &resin del lado de la carcasa

( (b−1 ) @ 4 Pbk

1+ ($w

n$4 Ps=[¿@ .b+ (b @ 4 P# ] .s+24 Pbk @.b @ ¿

MEMORIA DE C%LCULO

8n las siguientes ta;las se muestran los resultados &ara cada arreglo con elalgoritmo antes es&eci.icado$

Arre&l# ' (na)a*per#leo+

Gt (lb/h*ft^2) 500000 Número total de

tubos 1132

Ret

3242.073

75

Número de pasos

lado tubo 8

Prt97.57524

91 número de pasos

shell 4hio/φt

(btu/h*ft^2*F)49.92520

87 R4.440284

84

aft por tubo (ft^2)0.008659

01 S0.214973

92numero de tubos

por paso 149 Ft 0.98

pt (in) 1.725 s (in)72.56263

48

!" (in) 0.225 s (ft) 6.04688624

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Gs (lb/h*ft^2) 100000 afs (ft^2) 1.19637668

Res 8583.76843

# (ft) 1.5168503

Prs 3.999606

65

$%&

'#&S

t (ft/s) 2.649540

04ho/φs

(btu/h*ft^2*F)99.80634

85 0.00038

'+ (F) 132.270041

S, 0.84

φt 1.10899471

-pt (psi) 2.97697388

φs 0.98535778

-p retorno(psi) 0.032

hio (btu/h*ft^2*F)55.36679

24 -p total tub(psi)3.200973

88

ho (btu/h*ft^2*F)78.74280

5$%&

!&R%.% S, 0.65

(btu/h*ft^2*F)32.50875

87 0.0022

d (btu/h*ft^2*F)28.76792

11 s (ft/s)0.529908

01

$0'28.55484

42 -ps tot (psi)3.977968

39

Arre&lo , (ur-osina*per#leo+


tubos 1234

Ret 2606.627297 Número de pasos

lado tubo 4

Prt 61.52150581 número de pasos

shell 2

hio/φt (btu/h*ft^2*F) 35.49359148 R 0

aft por tubo (ft^2) 0.008659015 S0.170367

57numero de tubos por

paso 303 Ft 0.98pt (in) 1.725 s (in) 69.67671

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01'&& #1$$l 1.8141 Swg 29.9409 Ssbstb/sm 0.0022

pp 0.1245 S+ 33.4008 ssb/ssbstb 0.8870

pn 0.0719 Nb 13.1852 3l 0.9800

N 19.4291 Δp wk 0.0603 nn+ 31.0866

otl 5.9636 Fk 0.1500 3r* 0.4400

F 0.5019 Δp bk 0.2223 3r 1.0000

N+ 11.6575 Nss 4 0.8900Sm 17.6492 Rb 1.0000 3b 0.9000

Fbp 0.5035 Ri 0.9000 4S 1.0200

stb 0.0044 Δps 3.8727 multipliaion 0.8007

ssb 0.0348 5Sb 0.0058

S+, 29.9409

a 0.4000

S+t 3.4599


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13

!" (in) 0.225 s (ft)5.806392

61

Gs (lb/h*ft^2) 40.0106398 afs (ft^2)0.883433

22

Res 10076.59772 # (ft) 0

Prs 3.8533336$%&

'#&S t (ft/s) 0.225

ho/φs (btu/h*ft^2*F) 69.67671127 0.00033

'+ (F) 213.5762174 S, 0.82

φt 1.108994712 -pt (psi)0.300142

3

φs 0.985357783 -p retorno(psi) 0.0085

hio (btu/h*ft^2*F) 55.36679243 -p total tub(psi)0.325642

3

ho (btu/h*ft^2*F) 78.74280505$%&

!&R%.% S, 0.63

(btu/h*ft^2*F) 32.50875869 0.0022

d (btu/h*ft^2*F) 28.76792107 s (ft/s)0.542852

8

$0' 28.55484417 -ps tot (psi) 2.521822

metodo de bell

l 1.7419 Swg 27.6067 Ssbstb/sm 0.0029pp 0.1245 S+ 31.3762 ssb/ssbstb 0.8737

pn 0.0719 Nb 18.1457 3l 0.9800

N 18.6564 Δp wk 3.2674 nn+ 29.8502

otl 5.7231 Fk 0.0200 3r* 0.4900

F 0.5022 Δp bk 34.7040 3r 1.0000

N+ 11.1938 Nss 4 0.8800

Sm 13.0113 Rb 1.0000 3b 0.8400

Fbp 0.5037 R1 0.7500 4S 1.0200


ssb 0.0334 5Sb 0.0058S+, 27.6067

a 0.4000

S+t 3.7695

Arre&lo . (/uerosina*peroleo+


tubos 587

Ret 4965.004374

Número de pasos

lado tubo 2Prt 55.65267795 número de pasos 1

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shell

hio/φt (btu/h*ft^2*F) 56.73247636 R21.63629

56

aft por tubo (ft^2) 0.008659015 S0.045542


paso 359 Ft 0.98

pt (in) 1.725 s (in)48.02453

16

!" (in) 0.225 s (ft)4.002044

3

Gs (lb/h*ft^2) 64.49756844 afs (ft^2)0.466842

45

Res 6621.764216 # (ft)0.894324

29

Prs 6.585332069$%6

'#&S t (ft/s)2.198304

67

ho/φs (btu/h*ft^2*F) 48.02453155 0.00033

'+ (F) 247.8960785 S, 0.81

φt 1.136872081 -pt (psi)0.418444

14

φs 0.989926 -p retorno(psi) 0.02


14

ho (btu/h*ft^2*F) 61.47316551$%&

!&R%.% S, 0.68

(btu/h*ft^2*F) 31.47453043 0.0021

d (btu/h*ft^2*F) 27.87711244 s (ft/s)0.549576

17

$0' 67.35212921 -ps tot (psi)1.226963

44

metodo de belll 1.2006 Swg 13.1149 Ssbstb/sm 0.0037

pp 0.1245 S+ 14.8968 ssb/ssbstb 0.9092

pn 0.0719 Nb 23.3633 3l 0.9900

N 12.8589 Δp wk 6.9678 nn+ 20.5742

otl 3.9187 Fk 0.0200 3r* 0.5200

F 0.5053 Δp bk 26.2434 3r 1.0000

N+ 7.7153 Nss 4 0.9000

Sm 6.7484 Rb 1.0000 3b 0.8400

Fbp 0.5054 R1 0.9000 4S 1.0200

stb 0.0023 Δps

3.6053 multipliaion 0.7634ssb 0.0230 5Sb 0.0058

Página 17


18/34


S+, 13.1149

a 0.4000

S+t 1.7819

Arre&lo 0 (!iesel*peroleo+


tubos 1119

Ret7571.631

67 Número de pasos

lado tubo 8

Prt33.70962

21 número de pasos

shell 4hio/φt

(btu/h*ft^2*F)100.9163

37 R5.205465

04


47 S0.191671

44numero de tubos


pt (in) 1.15 s (in)44.22183

24

!" (in) 0.15 s (ft)3.685152

7

Gs (lb/h*ft^2) 90000 afs (ft^2)0.414373

85

Res4213.849

96 # (ft)0.862071

79

Prs8.482225

3$%&

'#&S t (ft/s)3.338675

21ho/φs

(btu/h*ft^2*F)73.74604

38 0.00026

'+ (F)257.5484

45 S, 0.69

φt

1.087299

59 -pt (psi)

6.268984

26φs 0.989926 -p retorno(psi) 0.02

hio (btu/h*ft^2*F)109.7262


26

ho (btu/h*ft^2*F)54.52807

9$%&

!&R%.% S, 0.8

(btu/h*ft^2*F)36.42620

82 0.0022

d (btu/h*ft^2*F)31.69294

73 s (ft/s)0.500801

28

$0'

45.34758

48 -ps tot (psi)

4.083749

47

Página 18


19/34


metodo belll 1.1055 Swg 11.1202 Ssbstb/sm 0.0038

pp 0.0830 S+ 12.6272 ssb/ssbstb 0.9157pn 0.0479 Nb 24.1999 3l 0.9500

N 17.7610 Δp wk 8.8000 nn+ 28.4177

otl 3.6018 Fk 0.0200 3r* 0.6500

F 0.5061 Δp bk 35.6461 3r 1.0000

N+ 10.6566 Nss 4 0.9000

Sm 6.0664 Rb 1.0000 3b 0.8400

Fbp 0.5032 R1 0.9000 4S 1.0400


ssb 0.0212 5Sb 0.0058

S+, 11.1202a 0.4000

S+t 1.5071

ARRE1LO 2 (&as#leo pesa!o*per#leo+


tubos 879

Ret24825.02

19 Número de pasos

lado tubo 6

Prt25.26483

17 número de pasos

shell 3hio/φt

(btu/h*ft^2*F)155.9309

04 R11.49651

35


01 S0.086357

68numero de tubos


pt (in) 1.725 s (in)58.79232

46

!" (in) 0.225 s (ft)

4.899360

38

Gs (lb/h*ft^2) 100000 afs (ft^2)0.940309

89

Res17827.82

67 # (ft)1.471425

24

Prs2.987467

03$%&

'#&S t (ft/s)4.878643

74ho/φs

(btu/h*ft^2*F)106.5867

77 0.00021

'+ (F)307.9760

29 S, 0.78

φt1.072356

71 -pt (psi)3.517927

09

Página 19


20/34


φs 0.989926 -p retorno(psi) 0.085

hio (btu/h*ft^2*F)167.2135


09

ho (btu/h*ft^2*F)75.30616

29$%&

!&R%.% S, 0.88

(btu/h*ft^2*F)51.92242

2 0.0018

d (btu/h*ft^2*F)42.80913

15 s (ft/s)0.609830

47

$0'61.24386

66 -ps tot (psi)1.454125

56


pp 0.1245 S+ 22.3336 ssb/ssbstb 0.8912

pn 0.0719 Nb 14.5923 3l 0.9800

N 15.7420 Δp wk 4.5759 nn+ 25.1873

otl 4.8160 Fk 0.0200 3r* 0.5200

F 0.5034 Δp bk 14.2371 3r 1.0000

N+ 9.4452 Nss 4 0.8500

Sm 13.7437 Rb 1.0000 3b 0.8400

Fbp 0.5044 R1 0.9000 4S 1.0200


ssb 0.0282 5Sb 0.0058

S+, 19.6553

a 0.4000

S+t 2.6782

Arre&lo 3 (resi!uos*per#leo+

Gt (lb/h*ft^2) 600000 Número total detubos 1358

Ret 16108.68086 Número de pasos

lado tubo 8

Prt 15.00154945 número de pasos

shell 4

hio/φt (btu/h*ft^2*F) 179.2730916 R2.999351

49

aft por tubo (ft^2) 0.001860172 S0.332500


paso 170 Ft 0.98

pt (in) 0.8625 s (in)39.72119

4

Página 20


21/34


!" (in) 0.1125 s (ft)3.310099

5

Gs (lb/h*ft^2) 172.1962482 afs (ft^2)0.394822

49

Res 18540.9398 # (ft)0.914465

7

Prs 2.500258241$%&

'#&S t (ft/s)3.603603

6

ho/φs (btu/h*ft^2*F) 39.72119403 0.00021

'+ (F) 397.2992019 S, 0.72

φt 0.960524788 -pt (psi)6.884915

28

φs 0.989926 -p retorno(psi) 0.0067


28

ho (btu/h*ft^2*F) 147.4470804 $%&!&R%.% S, 0.865

(btu/h*ft^2*F) 79.4317659 0.0018

d (btu/h*ft^2*F) 59.91819345 s (ft/s)0.960960

96

$0' 48.19535274 -ps tot (psi)10.72194

26


pp 0.0719 S+ 9.9981 ssb/ssbstb 0.9346pn 0.0719 Nb 22.8707 3l 0.9800

N 18.4214 Δp wk 2.2732 nn+ 29.4743

otl 3.2268 Fk 0.0200 3r* 0.4900

F 0.5074 Δp bk 116.8046 3r 1.0000

N+ 11.0529 Nss 4 0.9000

Sm 2.9127 Rb 1.0000 3b 0.8400

Fbp 0.9978 R1 0.9000 4S 1.0200


ssb 0.0190 5Sb 0.0058

S+, 8.9719a 0.4000

S+t 1.0262

4orno

arga térmica7

q=W petróleo∗Cp# petroleo∗(T 2−T 1)

q=1196376.678 lbh∗0.63 BT

lb∗! " ∗(660−393 )! "

Página 21


22/34


q=201242521.1BT

h

(e tiene -ue considerar un &oder calorí.ico in.erior de 6,324 M@K;;l

6,324∗106

: bbl

∗1bbl

5.615 f t 3 ∗BT

1055.05: =1067502.889

BT

f t 3

1067502.889

BT

f t 3 ∗f t 3

62.427961 lb=17099.75581

BT

lb

Poder$alorifi$o=17099.75581 BT

lb

Para o;tener el .lu/o de com;ustleo7

W $o#bustóleo= q

PCl∗T (

lb

h )

W $o#bustóleo=201242521.1

BT

h

17099.75581 BT

lb ∗0.87

(lb

h )

W $o#bustóleo=13527.28338 lbh

n$o#bustóleo=W $o#bustóleo

P1 =

13527.28338 lbh

226 lblb#ol

n$o#bustóleo=59.85523621 lb#ol

om;ustleo y aire7

Beaccin -uímica7

Página 22

Com*ust+leo ,- .C

C 2 / 2 /

Com*usti+n

Aire /

2 /


23/34


C 16

E 34+ 49

2

2=16C

2+17 E

2

alance de 2 +10L de exceso

n /li#entados−nrea$$iónan=nsalida

1613.098616 lb#ol−1466.453287 lb#ol=nsalida

nsalida=146.6453287 lb#ol

Flu/o de aire a la entrada

W 2=1613.098616 lb#ol∗32 lb

lb#ol

W aire=46926.50519 2+176533.0433 ( 2

alance de C2

n for#adosC2=nsalidaC2=957.6837793 lb#ol

alance de E 2

n for#adosE 2

=nsalidaE 2

=1017.539016 lb#ol

alance de ( 2

nentrada=nsalida=6068.323364 lb#ol

Flu/o m9sico de gases de com;ustin

W ,ases por hora=957.6837 lb#ol∗44 lb

lb#ol (C2 )+146.6453 lb#ol∗32

lb

lb#ol (2 )+1017.539 lb#ol∗18 l

W ases=235140.8088 lb

h

4 E f .ea$tivos=4 E f 2+4 E f (

2+4 E f C

16 E

34( para ( 2 -2 es$ero)

4 E f C 16

E 34

=−11690556.23BT

4 E f .ea$tivos=4 E f C 16

E 34

4 E f produ$tos=4 E f C 2

+4 E f E 2

4 E f C 2=−

162023955.6 BT

Página 23


24/34


4 E f E 2=−125044433.4 BT

4 E 1=4 E f Produ$tos−4 E f .ea$tivos

4 E 1=−275377832.8 BT

4 E 2= ∫298.15

Tad

∑i=1

Produ$tos

ni CpidT

q=4 E 1+4 E 2

Besol"iendo el ;alance de energía

F−4 E f Produ$tos+4 E f .ea$tivos=+ ∫298.15

Tad

∑i=1

Produ$tos

n iCpi dT

Des&e/ando T ad 7

q=4 E 1+4 E 2

q=−286803703.4+134933.8725∗T ad−40230534.09

T ad=201242521.1+286803703.4+40230534.09

134933.8725

T ad=3976.96 ! " =2191,64 ! C

rans.erencia de calor 5acia el crudo y c9lculo del 9rea de trans.erencia decalor$

Para este c9lculo consideraremos -ue a5í trans.erencia de calor &orcon"eccin y radiacin$

!rea de trans.erencia de calor7

q /T

=(h$onv+hrad )∗(T G−T s)

Dnde7

T G=3976.96! " =4436.63! .

T s=2800 ! " =3259.67! .

9lculo del coe.iciente de trans.erencia de calor &or radiacin7

Página 24


25/34


( T G100 )4

+( T s100 )4

¿0.173∗s∗¿

hrad=¿

);teniendo un coe.iciente de trans.erencia &or radiacin de7

hrad=20.177 BT

h f t 2! "

9lculo del coe.iciente de trans.erencia de calor &or con"eccin7

h$onv=116( k G3∗ ρG

3∗CpG∗ H B∗4T

d0∗ μG )

0.25

Dnde7

CpG=$apa$idad $alorifi$a delos ,ases

k G=$ondu$tividad t&r#i$a delos ases

ρG=densidaddelos ases

HB= 1

T G

4 T =T G−T s

μG=vis$osidad delos ases

d0=di+#etro $o#er$ial propuesto(a$eroino;idablede15∈Cd 40)

h$onv=0.171739894

(e &uede notar -ue el coe.iciente de radiacin es muc5o mayor com&arado

con el de con"eccin, siendo muy considera;le &ara el dise'o de un 5orno$Betomando la ecuacin del .lux de calor$

q /T

=(h$onv+hrad )∗(T G−T s)

q /T

=23950.47987 BT

f t 2∗h

(iendo mayor -ue 1000BT

f t 2

∗h, sugeridos en el documento, esto &uede

de;erse al calor necesario &ara -ue el crudo alcance los 660 F y a la

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com&osicin del com;ustleo sugerida, sin em;argo se a&roxima nuestrodise'o$

9lculo del 9rea de trans.erencia7

Para este c9lculo consideraremos el .lux de calor de7q

/T =12000

BT

f t 2∗h

/ T = q

12000 BT

f t 2∗h

/T =201242521.1

BT h

12000 BT

f t 2∗h

/T =16770.21009 f t 2

em&eratura de los gases de com;ustin des&ués de 5a;er cedido calor alcrudo7

T a=Te#peratura delosases desp)es dehaber $edido$aloral $rudo

q=W ,ases∗Cp#,ases∗(T ad−T a,)

T a=T ad− q

W ases∗Cp# ases

T a,=3976.96 ! " −201242521.1

BT

h

235140.8088 lb

h ∗0.4

BT

lb!"

T a=1837.3642! "

Para o;tener el .lu/o de agua con cam;io de estado a "a&or saturado, se&ro&one el siguiente ;alance térmico7

qw=w s Ivapori9a$ión+ws Cpl ( t satura$ión−t 1 )

Incgnita qw y w s

w s= qw

Ivapori9a$ión+Cpl (t satura$ió n−t 1 )

Dnde7

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Ivapori9a$ión=923.13 BT

lb

t satura$ió n=282.27 ! " t 1=77! "

Cplíquido=1.0021 BT lb!"

J t#=180! "

Para calcular el calor emitido &or los gases se &uede 5acer uso de la siguienteecuacin7

qw=Cp,ases de$o#bustión∗W ,ases∗(T a,−T s,)

Dnde7

T a=Te#peratura delosases desp)es de$eder $alor al$rudo

qw=Cp,ases de$o#bustión∗W ,ases∗(T a,−T s,)

T s=t satura$i ón+10! C =332.27 ! "

qw=(0.42 BT lb! " )∗235140.8088 lbh∗(1837.3642 ! " −332.27 ! " )

qw=148641817.8 BT

h

waua=ws= qw

Ivapori9a$ió n+Cpl ( t satura$ión−t 1 )

w s=148641817.8

BT

h

923.13 BT

lb +1.0021

BT

lb ! " (282.27 ! " −77 ! " )

w a,ua=782.783384 lb

h vapor saturado

Bom-a

"O0E1CIA $E23E$I!A E1 LA (OM(A

WEP=

W ( lbs )∗W f ( lbf ∗ft lb )550

= EP

0ra*ao de 4lecha 5ue de*e desarrollar la *om*a

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12∈ ¿1 ft ¿¿¿2

¿(426.68−14.7)

lb

¿2 ¿

W f = P D− Ps

ρ =¿

6luo másico de crudo

W =1288504 lbh ( 1h3600 s )=358 lbs

WEP=736 EP

Sa*iendo

WEP

=EP= 1B

1B= 1 ∗B=0.81

O*teniendo la potencia el'ctrica

=EP=WEP∗ 1B=596.2 EP

7atts consumidos

=EP=Watts745.7

Watts= =EP∗745.7=444586.3Watts

h

Cosos

La estimaci+n de costos se hace con re4erencia a las )rá4icas del li*ro Chemical En)inerin) "lant Cost

Inde8 de "eters 9 0immerhaus: tomado como parámetros importantes el área de trans4erencia de calor:

diámetro % lon)itud de tu*os % presi+n de operaci+n: tomando como material de tu*os acero al car*+n;

En primer instancia: se toma un precio de re4erencia con *ase en el área de trans4erencia de calor para

cada intercam*iador: "ara el caso de la corriente de 1a4ta con una área de < =>?;- 4t ,: se o*tiene un

costo de @: ; d+lares;

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!espu's se aplican a tal precio: 4actores 5ue corri)en el costo se)ún el diámetro % lon)itud de tu*os %

presi+n de operaci+n; Estos 4actores son tomados de )rá4icas;

En el caso de la corriente de 1a4ta se tienen dos intercam*iadores: por lo 5ue el precio se duplica;

"or último: se actualizan los precios del a#o de >BB al ,>@: mediante el índice CE"CI;

Costoa$tual=CostoaKo del#&todo∗( C=PCL a$tualC=PCL aKodel #&todo )Costoa$tual=M111,310.77∗( 637.3368.3 )=192,610.24

El m'todo anterior se realiza para todos los intercam*iadores de las corrientes proenientes de la torre;

Los costos 5ue se o*tienen se muestran a continuaci+nD

"ara el caso de horno % *om*a: no se tomaron 4actores de auste: más 5ue la actualizaci+n de precio en

el caso de la *om*a

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"ara los costos 4ios se toman en cuenta todos los costos )enerados por la compra de los

intercam*iadores: horno % *om*a; O*teniendo así

"ara el cálculo de los costos aria*les se toma en cuenta el mantenimiento anual de los e5uipos: la

ener)ía electrica consumida % costo por la )eneraci+n de apor de a)ua: además de la utilidad

correspondiente a la )eneraci+n de apor lo 5ue representa un costo ne)atio: pues es )ananciaF;

ConsideracionesD

• El mantenimiento anual se toma como el > de la inersi+n inicial en e5uipos;

• Electricidad

444.588kWh$onsu#idos ( M1.22kWh )=M542.4=41.343 M• &apor de a)ua

Costo vaporaua=W $o#bustible @ en@vapor∗ Pre$io$o#bustible+W aua∗ Pre$ioaua

Costo vapor agua = $48 384 = 3, 687.8 US$

• La utilidad se considera como el del costo de )eneraci+n de apor % se marca ne)atia por

representar una )anancia % no un costo;

Ealuando el costo total del pro%ecto a > a#os inclu%endo los )astos aria*les )enerados en ese tiempo:

se tieneD

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31/34


RESULTADOS 5 CONCLUSIONES

Página 31


32/34


B8(C*%D)(

Página 32


33/34


0 1 2 3 4 5 6 70

2

4

6

8

10

12

Tempea!"a #e$ %"#& a$ 'na$ #e %a#a e!apa

T #e sa$i#a

(&ien!e

Tempea!"a )*F+

La emperaura m67ima al"an8a!a en el 9limo arre&lo !einer"am-ia!ores )ue !e .:.;3'


34/34


Re"omen!a"iones TEMA>

Ds5

NBNDs

50000NGsN300000

50000N>N100000

ρ v2

*í-uidos en general ¿500

M9ximo tolera;le 4000

Pala lí-uidos a;rasi"os ¿1500

Presiones

&t N & max J : &sia

&s N & max J 10 &sia

Ca-e8al )ijo> Mas ;arato, &or lo tanto el interior de los tu;os &uede serlim&iado usando un ce&illo rotatorio o un ce&illo de alam;re

Maerial> %cero al car;n de;ido a -ue es m9s econmico

Ducumento Final Proyecto Ing. de Calor

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