Ronald Surez

Diseo de equipos

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Ingeniera de detalles y seleccin de equipos

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PUNTOS ATRATAR

I. DISEO DE SEPARADORES III. DISEO DE COLUMANASII. INTERCAMBIADORES DE CALOR DE CARCASA Y TUBOS

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I. SEPARADORES

Configuracin de separadores 1.1 Separadores Verticales: No requiere tiempos de retencin significativos Son empleados para relaciones gas-lquido elevadas o grandes volmenes de gas Son empleados cuando el control de nivel no es un factor crtico (el sistema permite fluctuacin significativas del nivel) en el funcionamiento del separador

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1.2 Separadores Horizontales: Proporcionan mayores superficie por volumen de lquidos para la separacin de gases disueltos en lquido. Son empleados para el manejo de grandes cantidades de lquido con tiempos de retencin significativo. Permite el manejo eficiente de lquidos con espuma El nivel de lquido responde lentamente a cambios en la corriente de salida y/o entrada.I. SEPARADORES

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1.3 Internos: Separador horizontal de tres fases: I. SEPARADORES

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Eliminadores de niebla: tipo malla, tipo aleta y ciclnicos

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Deflectores y distribuidores:

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2. Calculo de diseo de separadores gas-lquido Clculo del dimetroDonde:Qv: flujo volumtrico de la fase gas (o vapor)V: velocidad de la fase gas (o Vapor)I. SEPARADORES

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Estimacin de la velocidad critica de la fase gasPara separadores horizontales con L> 10 ft:K: es un factor emprico de dimensionamientoI. SEPARADORES

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El funcionamiento adecuado del tambor se estima para velocidades del gas entre 30 y 100% del valor crtico. Generalmente se recomienda emplear un 75%

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Longitud del separadorGeneralmente la relacin de la longitud de junta a junta y el dimetro del separador (L/Di), se encuentra entre el rango de 1 a 5. Pero el rango que minimiza la inversin y asegura condiciones satisfactorias de operacin se encuentraI. SEPARADORES

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3. Diseo mecnico

Tipo de cabezal: Elipsoidal o esfricoMaterial de construccinEspesor de la paredDimetro de las boquillasRequerimiento de antiespumanteDispositivos InternosIncluye la seleccin y estimacin de:I. SEPARADORES

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4. Bibliografa especifica para el diseo de separadores

Branan, C. Rules of thumb chemical engineers. Gulf pub. Houston. Co. 1994.Manual GPSA. Separators and filters. Seccin FMegyesy, Eugene. Pressure VesselPDVSA. Manual Diseo de Tambores, 1997Walas M, S. Rules of thumb. Chemical engineering. march 16, 1987.

I. SEPARADORES

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Los intercambiadores de calor son tan importantes y tan ampliamente utilizados en la industria, que su diseo ha experimentado un gran desarrollo, existiendo en la actualidad normas ideadas y aceptadas por Asociacin de Fabricantes de Intercambiadores Tubulares TEMA (Tubular Exchanger Manufacturers Asociation)Estos especifican con detalle los materiales, mtodos de construccin, tcnicas de diseo y sus dimensiones.II. INTERCAMBIADORES DE CALOR

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II. INTERCAMBIADORES DE CALOR El diseo (o seleccin) de Intercambiadores de carcasa y tubos incluye la especificacin de: Tipo de intercambiador (n-m)n: nmero de paso por el lado carcasam: nmero de paso por el lado tubo Localizacin de los fluidos y factor de ensuciamiento Caractersticas del diseo segn normas TEMA

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Tipo de intercambiador: EJEMPLOIntercambiador de carcasa y tubos (4-2) o un mltiplo par de pasos por los tubosCirculacin del fluido 4 veces lado carcasaCirculacin del fluido 2 veces por el lado tubosII. INTERCAMBIADORES DE CALOR

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El factor de correccin del media logartmica de temperatura (F)

Por diseo este factor F > 0,75

Es indicativo de la efectividad mxima del intercambiador, por lo tato si se obtiene un valor menor a 0,75 es necesario incrementar el nmero de pasos por los tubos y/o el nmero de carcasa en serie.II. INTERCAMBIADORES DE CALOR

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En vista que un intercambiador de un paso lado carcasa y dos por lado tubo no es posible que se crucen las temperaturas, es recomendable realizar un diagrama trmico y establecer el nmero de carcasa en serie requeridas.Longitud del intercambiadorII. INTERCAMBIADORES DE CALOR

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En general , estas son las consideraciones para determinar el fluido que va por los tubos:Agua de enfriamiento.Fluidos corrosivos o propensos a deposito de coque, sedimentos y otros slidos.Fluidos con un alto factor de ensuciamiento (si ambos tienen el mismo factor se coloca el de mayor presin).El menos viscoso de los dos fluidos.El ms caliente (problemas de dilatacin y disminuir prdidas trmicas).El lquido de menor caudal.Localizacin de los fluidosII. INTERCAMBIADORES DE CALOR

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Un intercambiador de calor de casco y tubo conforme a TEMA se identifica con tres letras, el dimetro en pulgadas del casco y la longitud nominal de los tubos en pulgadas.Caractersticas del diseo segn normas TEMALa primera letra es la indicativa del tipo del cabezal estacionario: los tipo A y B son los ms comunesII. INTERCAMBIADORES DE CALOR

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La segunda letra es la indicativa del tipo de carcasaLa segunda letra es la indicativa del tipo de casco. La ms comn es la E (casco de un paso) la F de dos pasos es mas complicada de mantener. Los tipos G, H y J se utilizan para reducir las perdidas de presin en el casco. El tipo K es el tipo de rehervidor de caldera utilizado en torre de fraccionamiento.La tercera letra es la indicativa del tipo de cabezal del extremo posteriorII. INTERCAMBIADORES DE CALOR

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Existe numerosos procedimientos que permite realizar clculos de diseo de intercambiadores de carcasa y tubo. Es necesario conocer los criterios en los que se basa la verificacin para lograr el diseo ptimo, si se emplea los procedimiento que incluyen los programas comerciales o particulares especializados en este tipo de clculo.

Por ejemplo: Aspen Plus dispone del software BJACII. INTERCAMBIADORES DE CALOR

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Ejemplo:Se requiere calentar agua de proceso desde 40C hasta 80C la cual se dispone a una presin de 200 kPa. Para ello se pretende emplear una corriente de benceno como lquido saturado a 90C con un flujo de 15000 Kg/h, la cual no debe enfriarse por debajo de 60C.

Establezca el tipo de intercambiador que se debe disear, considerando siguiente: El agua circular por el lado tuboTubos de intercambiador de 5 m y dimetro externo 12 mm y 1 mm de espesor. Nmero de tubos = 50 Espaciamiento entre deflectores = dimetro de la carcasa

II. INTERCAMBIADORES DE CALOR

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III. DISEO DE COLUMNASDiseo de Columnas ???

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La capacidad mxima de gas (o vapor) y lquido que maneja la operacin unitaria

La eficiencia de la etapa

Los parmetros ms importantes en el diseo de una columna de destilacin o absorcin son:DIAMETRO DE COLUMNANUMERO DE PLATOS NECESARIOS PARA ALCANZAR UNA SEPARACION DESEADAIII. DISEO DE COLUMNAS

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TIPO DE INTERNOS

PLATOS: Platos de vlvula Platos perforados Platos de Casquetes

EMPAQUES: Al azar Estructurados

III. DISEO DE COLUMNAS

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COLUMNAS DE PLATOS PERFORADOSCALCULO DE DIAMETRO DE COLUMNA:

Existen en la literatura varios procedimientos para el clculo de dimetro de columnas, uno ampliamente conocido es el propuesto por Fair:Consiste en determinar la velocidad de operacin (Vop) como un porcentaje de la velocidad de inundacin (Vf)

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: es la fraccin de rea que ocupa el bajanteCOLUMNAS DE PLATOS PERFORADOS

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Velocidad de inundacin (Vf) se determina a travs de:Donde: K es una constante emperica del sistemaDonde:Sistema lquido no espumosos:Sistema lquido espumosos:COLUMNAS DE PLATOS PERFORADOS

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COLUMNAS DE PLATOS: es tensin superficial en dyn/cmFF: es el factor de espumaCorrelacin de Fair original: para sistema no espumosos, sin arrastre excesivo y tensin superficial de lquido 20 dyn/cmAo/Aa: rea de la perforacin / rea activaCorrelacin de Fair modificada: aplicable a cualquier sistema y condiciones

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Cf: es un factor de capacidad de viene dado por el parmetro de flujo (Flv):L/V: es relacin de flujo msicosCOLUMNAS DE PLATOS PERFORADOS

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Dimetro comercial de las perforaciones (do):Espesores de platos (e):Criterio de diseo:P: es el espaciamiento entre perforacionesCOLUMNAS DE PLATOS PERFORADOS

do (in)1/163/321/83/161/45/163/81/23/41

galga8101214161820e (in)0,250,13450,10500,07470,0600,0500,037

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COLUMNAS DE PLATOSEFICIENCIA DE LOS PLATOS:

Existen varias definiciones de eficiencia:

La eficiencia global (denominada muchas veces eficiencia de Fenske) Eficiencia promedio del plato (Murphree) Eficiencia local o de un puntoLa eficiencia de platos tpica oscila entre 60% - 120%

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Versin de Lockhart y Leggett de la correlacin de OConnell para la eficacia global de platos

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La prediccin de la eficiencia global para el caso de fraccionadores, se calcula la viscosidad y la volatilidad relativa para la composicin de la alimentacin, empleando un promedio aritmtico de la temperatura y presin del tope y fondo de la columna.Para el caso de absorbedores y desorbedores tanto la viscosidad como el coeficiente de distribucin (K del componente clave y debe estar distribuido entre tope y fondo) se evalan para las condiciones de la fase lquida concentrada.Para la estimacin de requiere conocer el producto (volatilidad x viscosidad):

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Estimacin del nmero de pasos de lquido Plato de dos pasos: VGPlus with Baffle BarTM and Truncated Downcomer

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Correccin de la eficacia global de platos por efecto de recorrido del lquido

Longitud de recorrido del flujo, ftFactor de incremento de la eficiencia al valor de la correlacin de OConnell (%)3041051562082310251527

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EL DISEO DETALLADO DE LA OPERACIN UNITARIA QUE OPTIMIZARAN DE FORMA INDIVIDUAL DEBE CONTENER:

Seleccin y justificacin del interno Dimetro y altura justificando los criterios de diseo y procedimientos empleados Determinacin de la eficiencia de los platos

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La informacin estar disponiblePgina web: http://sites.google.com/site/ingenieriaprocesosquimicos/

Gracias por su atencin!

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