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PDVSA
MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO
TRANSFERENCIA DE CALOR
INTERCAMBIADORES DE CALOR
PDVSA N°
MDP–05–E–03
0
AGO.95
REV.
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APROB.
E1994
TITULO
PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO PARA ENFRIADORES
POR AIRE
42
DESCRIPCION
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APROB.
APROB. APROB.
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ESPECIALISTAS
MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO
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TRANFERENCIA DE CALOR
PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO PARA
ENFRIADORES POR AIRE
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Indice
1 OBJETIVO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
2 ALCANCE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
3 REFERENCIAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
4 CONSIDERACIONES DE DISEÑO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
Configuración de los enfriadores de aire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Métodos de control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Disposición de los enfriadores de aire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Consideraciones mecánicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Consideraciones de proceso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Información requerida para especificaciones de diseño . . . . . . . . . . . . . .
4
7
9
10
11
15
5 METODOLOGIA DE DISEÑO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
16
5.1
5.2
Método manual de cálculo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Método automatizado de cálculo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
16
17
6 NOMENCLATURA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
18
7 APENDICE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
20
Tabla 1
Tabla 2
Tabla 3
Tabla 4
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
1
2
3
4
5
Figura
Figura
Figura
Figura
6a
6b
7
8
Figura 9
Figura 10
Coeficientes típicos de transferencia de calor para enfriadores
de aire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Temperatura de diseño del aire entrando . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Propiedades geométricas de los tubos aleteados normalmente
suministrados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Número de tubos por haz para tubos aleteados estirados
por presión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Enfriador típico de aire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Configuraciones típicas de enfriadores de aire . . . . . . . . . . . . . 30
Tipo de tubos aleteados usados en enfriadores de aire . . . . . . 31
Diseños típicos de cabezales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Unidad típica de tiro inducido con sistema automático
de recirculación de aire caliente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
Hoja de datos para enfriadores de aire (Unidades SI) . . . . . . . 34
Hoja de datos para enfriadores de aire (Unidades inglesas) . . 35
Nomograma DTML . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
Factor de corrección del DTML para enfriadores
de flujo transversal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Propiedades físicas del aire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
Corrección de altitud para la densidad del aire . . . . . . . . . . . . . 42
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OBJETIVO
El objetivo de este documento es proveer al ingeniero de proceso y diseño con una
herramienta de cálculo manual para el dimensionamiento preliminar de
Enfriadores de Aire y evaluación de diseños de vendedores.
El tema “Intercambiadores de Calor”, dentro del área de “transferencia de Calor”,
en el Manual de Diseño de Procesos (MDP), está cubierto por los siguientes
documentos:
PDVSA–MDP– Descripción del Documento
05–E–01
05–E–02
Intercambiadores de Calor: principios básicos.
Intercambiadores de Calor: procedimientos de diseño para
intercambiadores de tubo y carcaza (Incluye vaporización,
condensación, calor sensible).
05–E–03
Intercambiadores de Calor: procedimiento de diseño para
enfriadores de aire. (Este documento)
05–E–04
Intercambiadores de Calor: procedimiento de diseño para
intercambiadores de doble tubo.
05–E–05
Intercambiadores de Calor: procedimiento de diseño para
servicios criogénicos.
Este documento, junto con los demás que cubren el tema de “Intercambiadores
de Calor”, dentro del Manual de Diseño de Procesos (MDP) de PDVSA, son una
actualización de la Prácticas de Diseño “Intercambiadores de Calor”, presentadas
en la versión de Junio de 1986 del MDP (Sección 9), modificadas para hacer
mención del uso de información y programas de HTRI.
2
ALCANCE
Este documento presenta métodos para estimación de superficies de enfriamiento
de aire, área de construcción y requerimientos de potencia. Los procedimientos
están dirigidos a ser usados para determinar la rentabilidad económica entre
enfriadores de aire vs. enfriadores de agua, o para chequear ofertas propuestas
por contratistas, etc. Se presentan consideraciones de diseño y guías para
determinar una configuración óptima de un enfriador de aire.
La aplicación y selección de enfriadores de aire está discutida en la brevemente
Sección 4.5 del documento PDVSA–MDP–05–E–01.
Los requerimientos
mecánicos están cubiertos en el documento PDVSA–MID–EC–201–PR, con
información adicional en el estándar API 661: “Air Cooled Heat Exchangers For
General Refinery Services”.
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REFERENCIAS
Manual de Diseño de Proceso (versión 1986)
S Vol I, Sección 1 ”Consideraciones Económicas de Diseño”.
S Vol I, Sección 2 ”Temperatura de diseño, presión de diseño y clasificación de
bridas”.
S Vol VI, Subsección 9I ”Intercambiadores de calor: Enfriadores por Aire”
S Vol VII y VIII, Sección 12 ”Instrumentación y Control
S Vol VIII y IX, Sección 15 ”Seguridad en el diseño de plantas”
S Vol IX, Sección 16 ”Aislamiento Térmico”.
Manual de Diseño de Proceso
S PDVSA–MDP–05–E–01,
Intercambiadores de calor: principios básicos.
Intercambiadores de calor: procedimiento de
S PDVSA–MDP–05–E–02,
diseño para intercambiadores de tubo y carcaza.
Manual de Ingeniería de Diseño
S PDVSA–MID–EC–201–PR, Equipo para Intercambio de Calor : Enfriador de
Aire
S PDVSA–MID–L–TP–2.1, Intercambiadores de Calor Requisición, Análisis de
Ofertas y detalles de Compra
S PDVSA–MID–90617.1.042 Guías de Ingeniería para Intercambiadores de
Calor Enfriados por Aire
Otras Referencias
S API Standard 661 Air–cooled Heat Exchangers for General Refinery Services.
S Gardner, K.A. and Carnavos, P.I., “Thermal Resistance in Finned Tubing”,
Trans. ASME, Paper No 59–A–135 (August, 1959)
S Hewitt, G. F.; Shires, G. L. and Bott T. R.; Process Heat Transfer; First Edition;
CRC Press, Inc. (1993)
S Kays, W.M. and London, A.L.; Compact Heat Exchanger; Second Edition;
McGraw Hill (1964)
S McKetta, J. J.; Heat Exchanger; First Edition; Marcel Dekker, Inc. (1991)
S Robinson, K.K. and Briggs, D.E., “Pressure Drop of Air Flowing Accross
Triangular Pitch Banks of Tubes”, A.I.CH.E. Preprint 20, Eighth National Heat
Transfer Conference A.I.Ch.E–ASME, Los Angeles, California (August, 1965).
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CONSIDERACIONES DE DISEÑO
4.1
Configuración de los enfriadores de aire
En un enfriador de aire el fluido a ser enfriado fluye por el interior de un haz de tubos
aleteados, mientras que el aire fluye sobre la superficie exterior de los tubos con
un patrón de flujo transversal. El flujo de aire puede ser producido por tiro natural
en una chimenea o torre o por un ventilador. Varias configuraciones de flujo son
usadas, conjuntamente con un amplio rango de diseño de aletas. En esta
subsección se presenta una descripción de estas unidades.
4.1.1
Generalidades
Con el propósito de familiarizar al ingeniero con la terminología asociada a este
tipo de unidades, a continuación se presenta la definición de los cuatro términos
mas usados en este tema:
1.
Haz de Tubo: Conjunto de cabezales, tubos y armazón. También se le llama
una “sección”.
2.
Bay: Uno o más haces de tubo servidos por uno o más ventiladores
incluyendo la estructura, el pleno y otros equipos presentes.
3.
Unidad: Uno o más haces de tubo en uno o más bays para un servicio único.
4.
Banco: Uno o más bays incluyendo una o más unidades arregladas en una
estructura continua.
Los enfriadores de aire usualmente están compuestos de haces rectangulares
que contienen varias filas de tubos en un espaciado triangular. (Ver las Figuras 1.
y 2.). La transferencia de calor generalmente es en contracorriente, el fluido
caliente entra por la parte de arriba del haz y el aire fluye verticalmente hacia arriba
a través del haz. Los haces pueden ser fabricados tan anchos como 3.6 m (12 pie)
y profundidades de 8 filas. Usualmente las dimensiones máximas son impuestas
por los requerimientos de transporte. La longitud de tubo más común en los
proyectos de IPPCN es de 9 m (30 pie), sin embargo, los haces estándar vienen
disponibles en longitudes de 2.40, 3.05, 4.60, 6.10, 7.30, 10.40 y 12.20 metros (8,
10, 15, 20, 24, 34 y 40 pies). Los haces pueden estar superpuestos, colocados en
paralelo, o en serie para un servicio específico. También, varios servicios
pequeños pueden ser combinados en un bay. En general, mientras el tubo sea
más largo y el número de filas de tubos mayor, el costo de la superficie, en base
a unidad de área, es menor.
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Tipo de ventiladores y tamaños
Dos clasificaciones generales de ventiladores de aire son: (1) tiro forzado, donde
el aire es empujado a través del haz del tubo y (2) tiro inducido donde el aire es
halado a través del haz (Ver la Figura 2.). Las ventajas de cada tipo se presentan
a continuación. Estas deben ser cuidadosamente balanceadas antes de decidir en
la selección de la unidad.
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Ventajas del tiro forzado
Ventajas del tiro inducido
1. Generalmente requieren menos 1. Generalmente requieren menos
caballos de fuerza para una
caballos de fuerza para una elevaelevación de temperatura en el aire
ción de temperatura en el aire menor
mayor que 28°C (50°F).
que 28°C (50°F).
2. Adaptables para invierno, esquema 2. Menos recirculación de aire caliente
de recirculación para el punto de
y la velocidad del aire de escape es
fluidez o congelación.
aproximadamente 2 1/2 veces la del
tiro forzado.
3. Los equipos mecánicos están más 3. Ofrece protección para el haz contra
accesibles para el mantenimiento.
la intemperie (lluvia, nieve, granizo,
etc.). También se protege el haz del
calor solar y el enfriamiento repentino por lluvia.
4. Requiere menos soporte estructural. 4. Más apropiados para casos con
pequeñas temperaturas de acercamiento; entre el aire de entrada y el
fluido de salida.
5. Ningún equipo mecánico está 5. Transfiere más el calor por convecexpuesto al aire caliente de escape.
ción natural con los ventiladores apaEl tiro inducido limita la temperatura
gados debido al efecto de superposiel aire de salida a aproximadamente
ción.
120°C (250°F).
En la selección del tipo de ventilador a usarse deben considerarse las siguientes
recomendaciones:
1.
Las unidades de tiro inducido deben ser usadas siempre que la recirculación
de aire caliente sea un problema potencial.
2.
Las unidades de tiro forzado deben ser usadas siempre que el diseño
requiera protección por fluidos o congelación, o acondicionamiento para el
invierno (este último requerimiento no es aplicable en Venezuela dadas las
condiciones climáticas de país). Sin embargo, de ser tomada en cuenta la
posible recirculación en el verano en el dimensionamiento de los ventiladores
para minimizar el efecto de congelación.
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Los tamaños usuales de ventiladores van de un rango de 1.2 a 5.5 m (4 a 18 pie)
de diámetro, a pesar de que el diámetro mayor disponible es de 9 m (30 pie). Esto
da un margen de libertad bastante aceptable en el arreglo de los haces. El tamaño
máximo del diámetro del espaciado de ventiladores es de 4.2 m (14 pie) y el
mínimo es de 1.8 m (6 pie). La única restricción en los tamaños permitidos de
ventiladores esta dado por el requerimiento de que cada enfriador de aire sea
servicio por dos o más ventiladores alineados en la dirección de la longitud de los
tubos. Esto es para asegurar enfriamiento temporal adecuado en caso de que un
ventilador se dañe.
4.1.3
Tubos
Los tubos en los enfriadores de aire pueden contener aletas hasta de 16 mm (5/8
pulg) de altura o sin aletas, dependiendo del servicio. El espacio entre aletas, de
dos materiales (las aletas de diferente material que el tubo) dependiendo del
servicio. Las aletas pueden ser forzadas sobre el tubo, incrustadas, revestidas en
cortes canalizados de espirales o solamente revestidas alrededor del tubo. (Ver
la Figura 3.). Las aletas pueden ser dentadas o planas. El uso de tuberías elípticas
aleteadas pueden ser aprobadas por el ingeniero propietario. Y ha sido usada
exitosamente en Europa. Actualmente existen pocos datos sobre las tuberías
elípticas y el valor relativo de éstas está por ser determinado.
El diámetro mínimo aceptable del tubo es 25 mm (1 pulg). Las mismas limitaciones
de velocidad en el lado del tubo que aplican para intercambiadores de tubo y
aplican
carcaza (Subsección 4.7 de documento PDVSA–MDP–05–E–01),
también para enfriadores de aire. El material del tubo, la corrosión permitida, etc.,
están cubiertos en el documento PDVSA–MID–EC–201–PR.
Las aletas
incrustadas se permiten con temperaturas de diseño hasta de 400º C (750º F), las
aletas forzadas hasta 260º C (500º F), las aletas con pie en tensión 150º C (300º
F) y las aletas con pegado de canto hasta de 120º C (250º F), pero son prohibidas
en servicios donde se condensa el vapor de agua. La necesidad de superficies
extendidas (altura y densidad de la aleta) va a depender del servicio específico.
Algunas reglas generales son:
1.
Si el coeficiente total de transferencia de calor (basado en el área superficial
del tubo descubierto) es mayor que 114 W/m2°C (20 BTU/hpie2°F) o si la
viscosidad del fluido es menor que 0.01 Pa.s (se usan aletas más altas (16
mm (0.625 pulg)).
2.
Si el coeficiente total está entre 85 y 115 W/m2°C (15 y 20 BTU/hpie2°C), o
si la viscosidad del fluido están en el rango de 0.01 a 0.02 Pa.s (10 y 25 cP),
se usan tamaños intermedios de aletas (8 mm (0.3125 pulg)).
3.
i el coeficiente total está por debajo de 85 W/m2°C (15 BTU/hpie2°F) o si la
viscosidad del fluido es mayor que 0.025 Pa.s (25 cP), no se usan aletas.
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4.1.4
Cabezales
En la Figura 4. están ilustrados ejemplos de tipos de cabezales comúnmente
usados en enfriadores de aire. La mayoría de todas las unidades de servicio usan
el cabezal tipo tapón –un diseño de un recipiente usando tapones en un extremo
de cada tubo (Ver Figura 4.), permitiendo así el acceso a cada hueco de tubo para
limpiarlo y laminarlo. Un segundo tipo, el cabezal con placa de cubierta, sustituye
los tapones de tubos y la lámina de tapones por una placa de cubierta con bridas.
Los cabezales con placa de cubierta son usados con presiones moderadas (hasta
2100 kPa (300 psi)) y servicios alto ensuciamiento. Una modificación del diseño
de placa de cubierta es el tipo sombrerete, usando la construcción de una mitad
del extremo de un tubo en vez de una placa plana con las juntas de cierre en la
última placa de tubo. Para un servicio con presiones altas (hasta 42000 kPa (6000
psi)) un cabezal tipo colector de tubos es usado.
4.1.5
Armazón Tipo A
El tipo de haz para armazones tipo A puede ser usado para satisfacer restricciones
del área de construcción (Figura 2.). Este diseño se adapta a las unidades
montadas en el techo. El requerimiento de área de construcción para un armazón
tipo A es aproximadamente la mitad del de un haz convencional. El diseño puede
ser orientado como un armazón tipo A, uno tipo V o uno tipo “pétalo de flor”. La
mayor desventaja es que el diseño de armazón tipo A es bastante susceptible a
los problemas de recirculación. A menos que la posibilidad de problemas de
recirculación sea mínima, es recomendable que se usen arreglos planos de haces.
4.2
Métodos de control
Existen varios métodos para controlar enfriadores de aire. El control puede ser
logrado en el lado del proceso o en el lado del aire, o en los dos. Los métodos
disponibles son:
A.
B.
Lado del proceso
1.
El control usando arreglos de haces en paralelo donde los haces se pueden
sacar fuera de servicio.
2.
Desvío del fluido de proceso (automático o manual)
Lado del aire
1.
Ventiladores múltiples: En una instalación de ventiladores múltiples los
ventiladores pueden ser arreglados de tal manera que se puedan prender y
apagar individualmente. Cuando se requiera menos enfriamiento, algunos
de los ventiladores pueden ser apagados manual o automáticamente. Este
es el control típico usado en enfriadores. Tiene la ventaja de tener respuesta
rápida y a su vez ahorra el costo de potencia cuando los motores se apagan.
La desventaja se presenta en que éste provee sólo control por pasos y, por
consiguiente, no se puede obtener el control cerrado.
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Velocidad variable: El flujo de aire puede ser incrementado o disminuido
variando la velocidad de los ventiladores. Esto se puede lograr por:
a.
Una turbina de vapor de agua con control de variación de velocidad,
donde el vapor de agua de bajo costo está disponible y la unidad está
ubicada en un área contra explosión. División I.
b.
Impulsor de fluido con un motor de velocidad fija.
c.
Impulsor hidráulico donde los motores hidráulicos operan de una
fuente central de fluido hidráulico.
d.
Impulsores banda en V de velocidad ajustable
e.
Motores de dos velocidades, que proveen un mejor control que los
ventiladores múltiples, control ON–OFF, pero éste sigue siendo una
operación “por pasos”.
Todos los impulsores con velocidad variable proveen buen control
continuo. Sin embargo, éstos tienen la desventaja de ser costosos. En
el caso de un impulsor hidráulico, existe equipo adicional que necesita
mantenimiento (sellos, etc.). Los vendedores no recomiendan usar
impulsores de velocidad variable, pero suplirían éstos a requisito del
cliente.
3.
Rejillas (persianas) montadas en la parte de arriba de la unidad: Existen tres
tipos de rejillas –rejillas de hoja paralela, de hoja opuesta y de acción
progresiva. De las tres, las de hojas opuestas son las más atractivas porque
permiten mejor control del flujo de aire que las rejillas paralelas y no
presentan problemas de fugas o escapes como los hacen las rejillas de
acción progresiva. El costo de las rejillas de hojas opuestas es un poco mayor
que las rejillas de hojas paralelas, pero algo menos que el costo de las rejillas
de acción progresiva. Adicionalmente, las de hojas opuestas permiten que
la descarga de aire sea vertical, lo cual debe ayudar a combatir la
recirculación del aire. Las hojas de rejillas hechas de aluminio y estiradas por
presión deben ser usadas para aumentar la resistencia, mientras que el
armazón de las rejillas debe ser de acero. Las rejillas pueden ser controladas
automática o manualmente. Los controles automáticos aumentan el costo
inicial de 10 a 30%.
Es importante observar que algunas refinerías nacionales, por ejemplo
Lagoven, S. A., recomiendan evitar este tipo de control.
4.
Sistemas de rejillas de recirculación: Adicionalmente a las rejillas montadas
arriba de la unidad, un bay entero puede ser encerrado con un sistema
ducto–rejilla si los requerimientos de proceso exigen la necesidad de
recirculación de aire caliente. Un esquema típico de adaptamiento para el
invierno se enseña en la Figura 5. Cuando las rejillas de descarga cierran,
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se abren las rejillas del lado del desvío y permite al aire caliente de descarga
recircular sobre el lado del haz. El cierre simultáneo de las rejillas de entrada
sellan la unidad la cual opera entonces con un sistema cerrado de aire
caliente. La temperatura ambiente determina el grado de cierre de las rejillas
de toma y descarga para mantener una temperatura predeterminada de la
mezcla.
5.
El espaciado variable de los ventiladores (automático o manual) ( variable
pitch fans) : Excepto por los ventiladores con un diámetro por debajo de 1.2
m (4 pie), todos los ventiladores tienen el espaciado manualmente ajustable.
Donde se requiera un control cerrado de temperatura de proceso (~1 °C (~2
°F)), se debe especificar un espaciado auto–variable de ventiladores. Las
características del control con respuesta rápida para los ventiladores A/V son
continuamente efectivas, desde el flujo mínimo hasta el máximo debido a que
sólo se utiliza la cantidad requerida de aire. Esto resulta en ahorros de
potencia. El gasto extra de inversión por cada ventilador A/V y el posicionado
es cerca de los $1000.oo.
6.
Es importante observar que algunas refinerías nacionales, por ejemplo
Lagoven, S. A., prefieren este tipo de control.
La selección de un sistema de control requiere la consideración de muchas
variables. Por ejemplo, la gran ventaja de las rejillas es que éstas protegen el haz
en unidades de tiro forzado, mientras que permiten un control moderado. La gran
desventaja de las rejillas es que el control de la temperatura de salida del proceso
no se puede obtener con una precisión, mayor a 3 °C (5 °F), debido a las pobres
características de control cuando éstas están completamente abiertas o cerradas.
También, las rejillas tienden a presentar bastantes problemas de escape. El
control cerrado de la temperatura de salida del proceso (~1 °C (2 °F)) puede ser
obtenido con espaciado auto–variable de ventiladores. Sin embargo, en el caso
de unidades de tiro forzado en áreas de lluvias, los ventiladores A/V empujan
menos aire durante la lluvia lo que permite que la lluvia choque en la parte de arriba
del haz. La selección final de un sistema de control dependerá de su ubicación y
servicio específico además se debe considerar si éste a de ser continuo o
temporal. Para información adicional sobre técnicas de control de enfriadores de
aire, etc., ver el documento PDVSA–MDP–(Pendiente: Ver MDP, versión 1986,
sección12).
4.3
Disposición de los enfriadores de aire
Algunas guías generales para el diseño de arreglos de enfriadores de aire son:
4.3.1
Orientación con respecto a la dirección del viento
Debido a que la recirculación del aire caliente puede reducir el rendimiento de los
enfriadores de aire, se debe tener cuidado en la selección de la ubicación y
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orientación de los enfriadores de aire deben, éstos deben estar paralelamente
alineados con la dirección predominante del viento. En el caso de un banco único,
esto retarda la recirculación de aire caliente sobre un lado. Para bancos múltiples
se retarda el arrastre de aire caliente en las unidades ubicadas vientos abajo. Para
minimizar la cantidad de aire caliente arrastrado dentro de las unidades ubicadas
vientos abajo, éstas deben ser colocadas a elevaciones iguales o a una elevación
decreciente. También, aquellas unidades con el requisito más frío en la
temperatura de salida deban colocarse vientos arriba. Estas usualmente son las
más susceptibles a ser afectadas por la recirculación de aire caliente y usualmente
emiten temperaturas de salida de aire más frías.
4.3.2
Servicios combinados
Usualmente, es económicamente ventajoso combinar los servicios que requieran
haces pequeños en una estructura común. Al hacer esto se debe tener mucho
cuidado en la ubicación de cada haz debido a la mala distribución de aire en el
cuerpo del enfriador. Los haces de servicios críticos y/o los haces más pequeños
deben ser colocados en el centro de la unidad donde la distribución del aire es
buena. Se debe prestar atención al sobredimensionamiento de los haces
colocados en los extremos los cuales pueden estar sujetos a la falta de aire. Los
haces nunca deben atravesar o estar entre bays. También, el sistema
independiente de rejillas debe ser ilustrado para obtener controles individuales de
cada servicio si el tipo de control por rejilla es específico.
4.4
Consideraciones mecánicas
La configuración actual de enfriadores de aire para un servicio dado está basado
en un número de consideraciones. Las más importantes de éstas son:
1.
La economía de la superficie vs. los caballos de fuerza requeridos por el
ventilador.
2.
Consideraciones de proceso, tales como ∆P permitida, características del
fluido (punto de congelamiento, viscosidad, etc.) y condiciones
climatológicas ( por ejemplo, la corrosividad del medio ambiente).
3.
Tipos de ventiladores, tamaños y limitaciones de presión estática
(profundidad máxima del haz para un requerimiento dado del aire).
4.
Area de construcción disponible.
5.
Consideraciones mecánicas, tales como expansión térmica y soportes
estructurales.
6.
Estandarización de tubos, partes de repuesto, etc.
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Superficie vs. Potencia
La economía de la superficie vs. la potencia del ventilador es una relación simple.
Las variables significativas en este respecto son: el nivel de enfriamiento y el flujo
total de transferencia de calor. Estas variables determinan la cantidad relativa de
aire requerido, para una carga de calor dada. Si la cantidad de aire por unidad de
carga de calor es comparativamente baja, la superficie puede ser superpuesta y
el aire bombeado es relativamente alto por unidad de carga de calor, la superficie
debe ser provista con menos profundidad y extendida en bombear una pequeña
cantidad de aire en contra de una alta presión estática; mientras que en el último
caso, una gran cantidad de aire es bombeado en contra una menor presión
estática. La caída máxima de presión estática suplida por los ventiladores para los
enfriadores de aire es 0.175 kPa (0.7 pulg H2O). Sin embargo, la mayoría de los
ventiladores operan cerca de una presión estática de 0.125 kPa (5 pulg H2O).
4.4.2
Efecto de la configuración de los tubos en la operación
La selección de la configuración depende de los requerimientos de diseño. Sin
embargo hay restricciones impuestas por la velocidad del fluido, por ejemplo, la
velocidad del liquido en los tubos debe ser lo suficientemente grande para evitar
la depósición de partículas y limitar el ensuciamiento o formación de
incrustaciones. Una velocidad del liquido mayor de 1 m/s (3 pie/s) es
recomendable. La velocidad del aire debe ser tal que el ventilador es capaz de
vencer las perdidas de presión asociadas; lo cual usualmente se traduce en una
velocidad de aproximación del aire en el rango de 2 a 4 m/s ( 6 a 13 pie/s).
El número de filas es también un factor que afecta el rendimiento térmico de la
unidad. Por ejemplo, en la medida en que el número de filas se incrementa, el
rendimiento térmico mejora y, en consecuencia, mas bajas temperaturas de salida
del fluido son alcanzadas. Sin embargo la caída de presión en ambos lados del
enfriador (del aire y del fluido enfriandose) es , a groso modo, proporcional al
número de filas. También hay una reducción en la diferencia de temperatura
efectiva en la medida que se aumenta el número de filas. Usualmente este número
se encuentra en el rango de 4 a 8.
4.5
Consideraciones de proceso
Las consideraciones de proceso, tales como el ∆P permitido y las propiedades del
fluido afectan el número de pasos de tubo por haz y el arreglo del haz (en serie o
en paralelo). Cualquier número razonable de pasos de tubo puede ser obtenido
en un haz de un enfriador de aire y las mismas limitaciones de velocidad en el lado
del
tubo
presentadas
en
la
Subsección
4.7
del
documento
PDVSA–MDP–05–E–01 aplican para Enfriadores de Aire. Existen, sin embargo,
ciertas consideraciones exclusivas para enfriadores de aire, las cuales deben ser
tomadas en cuenta para el diseño total de la unidad. Estas consideraciones se
presentan en las subsecciónes 4.5.1 al 4.5.5, a continuación.
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4.5.1
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Temperatura de diseño del aire de entrada
La selección de la máxima temperatura de diseño del aire entrando es de suma
importancia. La máxima temperatura de entrada para diseño debe ser
determinada por aquella temperatura igual o excedente en 1 a 2 1/2% de las horas
totales anuales, basado en una historia de por lo menos 5 años. Para tomar en
cuenta una posible recirculación, un mínimo de 3 °C (5 °F) debe ser añadido a este
valor. En el caso de una pequeña temperatura de aproximación puede ser
ventajoso estimar la máxima temperatura como el promedio de las máximas
temperaturas mensuales de los meses mas calientes del año, o añada 6 °C (10°F)
o más para recirculación. La temperatura de diseño mínima de aire entrando,
necesaria para dimensionar los accionadores de los ventiladores y para
determinar los posibles servicios de adaptamiento al invierno o al punto de
congelación deben ser seleccionados en base a comparación. La máxima y
mínima temperatura del aire entrando en varias localidades de una refinería se
muestran en la Tabla 5.
4.5.2
Servicios con alto punto de fluidez
El problema básico en este tipo de servicio (Alto punto de fluidez/viscosidad alta)
es prevenir que el fluido se “asiente” en los tubos con bajas velocidades del flujo
y/o bajas temperatura del aire ambiental. Para tales servicios (ejemplo, alambique
de tubos de fondos), las recomendaciones siguientes deben ser consideradas en
el diseño.
1.
Normalmente, el enfriador de aire debe ser diseñado con tubos descubiertos
en vez de tubos con aletas para proveer una temperatura de pared mayor
para un coeficiente interno de transferencia de calor dado. El costo total no
es mayormente afectado, porque el coeficiente interno es lo suficientemente
bajo para no disminuir la eficiencia de las tuberías aleteadas. Sin embargo,
algunas veces puede ser necesario el uso de tubos aleteados para obtener
un arreglo de flujo que provea suficiente caída de presión.
2.
La caída de presión a través de los tubos debe ser maximizada. Esto resulta
en un coeficiente de transferencia de calor más alto y, por consiguiente, una
temperatura de pared más alta. También, permite un arreglo de haces en
serie y con esto se tiende a eliminar los problemas de distribución del flujo
asociados con los arreglos en paralelo.
3.
Se deben poner serpentines de vapor ubicados debajo de la unidad para
calentar el aire que entra durante las operaciones de arranque e interrupción.
También, dependiendo de la severidad del punto fluidez, usar vapor puede
ser necesario en las operaciones invernales intermitentes o continuas.
4.
El control del flujo de aire debe ser provisto por el uso de las rejillas y/o el
espaciado variable de los ventiladores. El tipo de control de flujo de aire será
especificado en base al problema individual.
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4.5.3
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5.
Se deben tomar previsiones para que los haces se puedan sacar de servicio
durante operaciones de baja velocidad de flujo instalando conexiones para
un desvío y para desagüe del haz.
6.
La unidad puede ser diseñada con flujo en contracorriente o para convertirse
de flujo en contrancorriente a flujo corriente. El último puede ser alcanzado
con un arreglo transformable de tubo o con un espaciado variable de
ventiladores para la operación en un ángulo negativo.
Recirculación del aire caliente
La recirculación de aire caliente es el fenómeno donde el aire caliente que sale es
recirculado con la corriente de aire fresco entrando, al mezclarse se eleva la
temperatura de entrada del aire. Esto puede ocurrir alrededor de una sola unidad
o entre las corrientes de aire adyacentes a las unidades. Los problemas asociados
con la recirculación de aire caliente son el efecto directo de un pobre diseño de
enfriador y ubicación. La distancia mínima permitida entre los enfriadores de aire
y otros equipos de proceso viene dada en en el documento
PDVSA–MDP–(Pendiente: Ver MDP versión 1986, subsección 15G). Estos, sin
embargo, están basados en los requisitos de seguridad y deben ser
incrementados si la recirculación posee un problema potencial. Otras
recomendaciones para combatir la recirculación de aire caliente son:
1.
Usando ventiladores de tiro forzado, los cuales fuerzan el aire hacia fuera del
haz.
2.
Deflectores y/o una chimenea arriba del haz en una unidad de tiro forzado
(o ventilador sobre una unidad tiro inducido) también direcciona el aire lejos
del haz.
3.
Secciones de humidificación o lavadores de aire: Si la ubicación geográfica
es tal que la humedad relativa es baja la mayor parte del año, una sección
de humidificación puede ser instalada debajo de la unidad. Esto, en efecto,
humedece el aire de entrada por debajo de su temperatura de bulbo húmedo,
la cual puede ser de 6 a 12 °C (10 a 20 °F) más fría que la del ambiente.
Sin embargo, se debe tener cuidado para asegurarse que el aire entrando
en el haz de tubo esté seco.
4.
Armazón tipo A, armazón tipo V y arreglos de haz vertical no deben ser
usados si la recirculación es un problema potencial.
5.
El rocío de agua no es recomendable para aliviar problemas existentes de
recirculación de aire caliente excepto como una solución temporal. Si el haz
es rociado directamente, problemas con la conexión tubo–aleta, los
problemas de ensuciamiento y de corrosión pueden ser severos. La
severidad dependerá de las condiciones de operación, la cantidad de tiempo
que se rocíe y la calidad del agua usada. Los vendedores han mencionado
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que sí el rocío de agua es usado continuamente por períodos mayores de
una semana, es posible que el enfriador de aire se descomponga en cuestión
de meses. El efecto del agua en el equipo y las estructuras ubicadas debajo
y cerca del enfriador de aire también debe ser considerada.
4.5.4
Elevación
Las consideraciones de proceso también pueden fijar la elevación de enfriadores
de aire. Frecuentemente, la ubicación del tambor de destilación de una columna
fraccionadora fija la elevación del condensador de tope. Si las consideraciones de
proceso es lo que rige, la elevación debe ser suficiente para proveer un área
periférica alrededor de la base de la unidad, por lo menos igual a 1.5 veces el área
de la cara de la misma. Tipos de ventiladores, tuberías, etc. fueron discutidos en
la subsección 4.1.
4.5.5
Diseño para climas fríos
Aunque Venezuela no tiene los problemas debidos a las estaciones climatólogicas
como el clima frío, es interesante observar que existen consideraciones
adicionales para diseñar unidades que operarán en regiones que tienen esta
problemática.
El grado de adaptamiento al invierno necesario para un intercambiador se puede
clasificar en tres categorías; a saber :
Categoría 1 – Sin problemas de congelación
Categoría 2 – Sin problemas de congelación durante la operación pero
problemas potenciales de congelamiento en arranques e
interrupciones invernales.
Categoría 3 – Problemas potenciales de congelación durante operaciones
invernales normales.
Las reglas básicas para discriminar entre la categoría 2 y 3 todavía están por ser
establecidas. Sin embargo, una posible base es el porcentaje de agua contenida
en la corriente de proceso. En vista de las recomendaciones específicas para
cualquier ubicación dada, las siguientes guías generales han sido establecidas:
1.
Todos los enfriadores de aire para los cuales se pueda requerir adaptabilidad
para el invierno deben ser unidades de tiro forzado con rejillas en la parte de
arriba. Sin embargo, debido a que las unidades de tiro forzado son más
susceptibles a problemas de recirculación en el verano, una consideración
simultáneamente debe ser dada a esto cuando se determine la temperatura
máxima de diseño del aire entrando. Una posibilidad es añadir 6°C (10°F) a
la temperatura máxima de diseño para tomar en cuenta la posibilidad de
recirculación.
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2.
Para los casos donde pueda existir la posibilidad de problemas de
congelamiento en un arranque o una interrupción invernal, el enfriador debe
ser diseñado, desde un principio, con serpentines de vapor. Esto implica
dejar un espacio en el pleno y permitir un incremento de caída de presión en
el diseño del ventilador.
3.
Las temperaturas de salida del proceso deben ser controladas, por lo menos,
con un espaciado auto–variable de ventilador por bay. En el caso de bays
sencillos con sólo un ventilador A/V, el espaciado de ventilador de ajuste
manual (EAM) debe ser accionado por un motor de dos velocidades. La base
de esto es: en la reducción de carga de calor cuando el actuador del A/V llega
a su límite más bajo, parar un ventilador de velocidad única sería un cambio
demasiado grande. En este caso, el control del ventilador A/V va a estar
variando entre las condiciones de un espaciado completo con el espaciado
del ventilador de ajuste manual apagado y un espaciado mínimo con el
espaciado de ventilador de ajuste manual prendido. En las unidades de bays
múltiples, el número de espaciados de ventiladores con ajuste manual divide
los pasos incrementales de tal manera que los ventiladores A/V no deben
girar.
4.
Los esquemas de la recirculación externa deben ser, si es posible, orientados
para la recirculación de lado. Esto permite una mejor distribución de la
temperatura de recirculación en el pleno que un esquema de recirculación
terminal.
5.
Las rejillas de recirculación para los esquemas externos deben estar
orientadas horizontalmente. Esto permite una mejor mezcla del aire
recirculando con el aire fresco entrando, que si se tuvieran las rejillas
verticales.
6.
Todos los cabezales de categoría 2 y 3 deben estar trazados con vapor y/o
cubiertos con aislamiento.
7.
Para tomar en cuenta la mala distribución en el pleno, la temperatura de
diseño de la cámara del pleno debe ser fijada para asegurar 0°C (32°F) en
su punto más frío. Esto es función del tamaño del mismo, la ubicación del bay
y la temperatura mínima de diseño del aire.
Un esquema típico de adaptamiento al invierno usando un sistema automático de
recirculación de aire caliente es ilustrado en la Figura 5.
4.6
Información requerida para especificaciones de diseño
La información siguiente, adicionalmente a los requisitos enlistados en la hoja de
especificación de enfriadores de aire (Figura 6. ), debe ser provista:
1.
Condiciones del lado del aire
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2.
3.
4.
5
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a.
Lluvia, nieve, intensidad del granizado, frecuencia y duración.
b.
La dirección predominante del viento, frecuencia e intensidad.
Condiciones del lado del proceso
a.
Protección contra el invierno, en aquellas localidades donde aplique.
Las condiciones climatológicas de Venezuela no requieren esta
protección.
b.
Cualquier variación planeada en el flujo de alimentación o
composición la cual pueda afectar las propiedades del fluido, tales
como la viscosidad, etc., o la caída de presión permisible.
Requisitos generales
a.
Elevación de la unidad (si no en el nivel del piso).
b.
Orientación de la unidad con respecto a la dirección predominante del
viento.
c.
Descripción general de cualquier otro tipo de unidades o edificios
dentro de un radio de 30 m (100 pie) del enfriador de aire (se prefiere
el plano de la planta, si se dispone de éste).
Información del suplidor
a.
Los arreglos de flujo recomendados a 25, 50, 75 y 100% de la
alimentación de diseño y las temperaturas mínimas del ambiente.
b.
Los arreglos recomendados de ventiladores y el ángulo a fijar de las
hojas de éstos para cada una de las condiciones operacionales
descritas arriba.
METODOLOGIA DE DISEÑO
5.1
Método manual de cálculo
Para refrescar conocimientos básicos se recomienda consultar el Documento
PDVSA–MDP–05–E–01
(Intercambiadores de calor: principios básicos), en
especial las subseccciones 4.6, 4.7, 4.8 y la sección 5.
El procedimiento para estimación manual de Enfriadores de Aire se presenta, en
la subsección D6.2 del manual de diseño del HTRI. Debido a que en el manual de
diseño de HTRI los procedimientos están lo suficientemente bien explicados, no
se presentará dicha información aquí, por lo cual se le recomienda al lector
consultar dicha bibliografía, que está disponible a nivel corporativo.
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5.2
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Método automatizado de cálculo
Dado que los programas de HTRI son el procedimiento automatizado oficial de
cálculo para PDVSA y sus filiales, remitimos al lector al programa ”ACE–2”, el cual
evalúa el desempeño de enfriadores de aire geométricamente especificados.
Debido a que este programa requiere de una geometría especificada de equipo,
hay que hacer una estimación manual para poder usarlo.
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ÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁ
NOMENCLATURA
A
Af
Ai
Am
=
=
=
=
Af
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Ar
Au
di
dE
DEf
Dr
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=
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=
=
Fi
=
H
L
NT
SF
SL
=
=
=
=
=
SR
ST
=
=
tf
=
T1
=
T2
=
tmin
=
t1
t2
Y
=
=
=
Area del intercambiador
Area de las aletas solamente
Area interna del tubo
Area del metal de la pared del tubo
transversal a la dirección del flujo
Area total externa del tubo
Area proyectada de las aletas del tubo
Area externa del tubo descubierto
Area del tubo sin aletas
Diámetro interno del tubo
Diámetro externo del tubo
Diámetro de aleta externa
Diámetro del tubo, en la base de las
aletas
Factores cuyo valor depende de las
unidades usadas (Ver tabla al final)
Altura de la aleta
Longitud del tubo
Número de tubos por intercambiador
Espaciado de aletas
Distancia de centro a centro de un
tubo en una fila al tubo más cerca de
la fila transversal mas próxima
Espacio entre dos filas de tubo
Espaciado transversal = distancia de
centro a centro de un tubo a otro en
una fila transversal
Temperatura del aire en el ventilador;
igual a t2 para tiro inducido, t1 para tiro
forzado
Temperatura de entrada del fluido de
proceso
Temperatura de salida del fluido de
proceso
Temperatura mínima de diseño del
aire entrando
Temperatura de entrada del aire
Temperatura de salida del aire
Espesor promedio de la aleta
m2
m2/m
m2/m
m2/m
pie2
pie2/pie
pie2/pie
pie2/pie
m2/m
m2/m
m2/m
m2/m
mm
mm
mm
mm
pie2/pie
pie2/pie
pie2/pie
pie2/pie
pulg
pulg
pulg
pulg
mm
pulg
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pie
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pulg
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mm
pulg
pulg
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°F
°C
°F
°C
°F
°C
°F
°C
°C
mm
°F
°F
pulg
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PDVSA
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PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO PARA
ENFRIADORES POR AIRE
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FACTORES QUE DEPENDEN DE LAS UNIDADES USADAS
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ÁÁ
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F16
=
Tabla 3
En unidades
SI
En unidades
inglesas
103
12
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PDVSA
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TRANFERENCIA DE CALOR
PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO PARA
ENFRIADORES POR AIRE
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APENDICE
Tabla 1
Tabla 2
Tabla 3
Tabla 4
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
1
2
3
4
5
Figura
Figura
Figura
Figura
6a
6b
7
8
Figura 9
Figura 10
Coeficientes típicos de transferencia de calor para enfriadores de
aire
Temperatura de diseño del aire entrando
Propiedades geométricas de los tubos aleteados normalmente
suministrados
Número de tubos por haz para tubos aleteados estirados por
presión
Enfriador típico de aire
Configuraciones típicas de enfriadores de aire
Tipo de tubos aleteados usados en enfriadores de aire
Diseños típicos de cabezales
Unidad típica de tiro inducido con sistema automático de
recirculación de aire caliente
Hoja de datos para enfriadores de aire (Unidades SI)
Hoja de datos para enfriadores de aire (Unidades inglesas)
Nomograma DTML
Factor de corrección del DTML para enfriadores de flujo
transversal
Propiedades físicas del aire
Corrección de altitud para la densidad del aire
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TRANFERENCIA DE CALOR
PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO PARA
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TABLA 1. COEFICIENTES TIPICOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR PARA
ENFRIADORES DE AIRE
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Coeficiente total de tubos con aletas
Uo, W/m2 °C(1)
Referido a
Tipo de superficie del tubo:
sin aletas
con aletas
SERVICIOS DE CONDENSACION
Reactivador de aminas
Amoníaco
Freon 12
Nafta pesada
Gasolina liviana
Hidrocarburos livianos
Nafta liviana
Efluentes de reactor – reformadores, hidrofinadores,
hidroreformadores
Vapor
Livianos del fraccionador – nafta liviana, vapor y gas
no–condensable
510–570
570–680
340–455
340–400
425–510
455–540
400–455
340–455
30–34
34–40
20–27
20–23
24–30
23–32
23–27
20–27
740–795
340–400
40–47
15–23
57
115
170–285
455–510
170–230
285–340
~3.4
~6.8
9.7–14
27–30
5.7–13
11–20
400–510
20–30
680–740
115–170
400–480
340–400
425–540
400–480
595–680
57–115
28–57
285–425
115–285
34–43
6.8–10
20–26
17–23
23–32
20–26
35–40
3.4–5.7
1.7–3.4
14–17
5.7–11
SERVICIOS DE ENFRIADO DE GAS(2)
Aire o gas de combustión @ 350 kPa man (∆P = 7 kPa)
Aire o gas de combustión @ 700 kPa man (∆P = 14 kPa)
Aire o gas de combustión @ 700 kPa man (∆P = 35 kPa)
Corriente de reactor de amoníaco
Gases de hidrocarburos @ 105–350 kPa man (∆P = 7 kPa)
Gases de hidrocarburos @ 350–1750 kPa man (∆P = 14
kPa)
Gases de hidrocarburos @ 1750–10000 kPa man (∆P = 35
kPa)
SERVICIOS DE ENFRIADO DE LIQUIDOS
Agua de enfriamiento de motores
Aceite combustible residual
Líquidos de hidroreformadores y de Powerformer
Gasóleo liviano
Hidrocarburos livianos
Nafta liviana
Agua de proceso
Residuo
Brea
Gasóleo pesado
Aceite lubricante
NOTA:
(1) Para convertir de W/m2 °C a BTU/hpie2 °F, divida entre 5.678263
(2) Para convertir de kPa a psi, divida entre 6.894757.
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PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO PARA
ENFRIADORES POR AIRE
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TABLA 2. TEMPERATURA DE DISEÑO DE AIRE ENTRANDO(1)
Localidad
Anaco
Amuay
Bajo Grande
Barinas
Cardón
Caripito
Cartagena
Curazao
El Palito
El Chaure
José
Jusepin
Lago de Maracaibo
La Salina
Morón
Morichal
Norte de Monagas
Puerto La Cruz
Quiriquiri
San Lorenzo
San Roque
Santa Ana
Santa Rita
Tucupita
Máx. bulbo seco,
ºC (2,5)
Min. bulbo seco,
ºC (3,5)
32 para
enfriadores/41 para
condensadores
21
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PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO PARA
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TABLA 2 (CONT.)
NOTAS:
(1) Los valores ilustrados deben ser usados sólo para estimaciones. Para trabajo
de Especificación de Diseño, los valores deben verificados con los datos
meteorológicos actuales.
(2) Los valores ilustrados no incluyen tolerancia para la recirculación, un mínimo
de 3°C debe ser sumado a estos vapores por recirculación. Sin embargo, la
tolerancia exacta depende de la localización y la naturaleza del servicio crítico.
(3) Para dimensionamiento de motor.
(4) Los servicios críticos están definidos como los servicios donde las torres u
operaciones de proceso son difíciles de operar y controlar, si la temperatura del
aire excede la temperatura de diseño de aire por más de dos horas.
(5) Para convertir de °C a °F, use: °F = 9/5 °C + 32
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PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO PARA
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TABLA 3. PROPIEDADES GEOMETRICAS DE LOS TUBOS ALETEADOS
NORMALMENTE SUMINISTRADOS
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Tubos con Aletas Incrustadas(1)
Dimensión
Diámetro externo del
revestimiento
de
acero(1)
DE, mm
Diámetro del tubo a la
base
de
la
aleta
(diámetro de
raíz) (1) Dr, mm
Diámetro interno del
tubo(1)
Di, mm
Diámetro externo(1)
Def, mm
Altura de la aleta por
encima del tubo(1) H,
mm
Espesor promedio de la
aleta (1) Y, mm
Espacio entre aletas(1)
N
Area del tubo en la base
de las aletas(2) Ar, m2/m
Area interna de los
tubos(2) Ai, m2/m
Area total externa del
tubo(2) AE, m2/m
Area del tubo sin
aletas(2) Au, m2/m
Area de aleta solamente
Af, m2/m
Aletas de
Aletas de
12 mm (1/2 pulg)
16 mm (5/8
pulg)
Tubos con Aletas
Extrudadas(2)
Revestimiento Revestimiento
de
de
25 mm (1 pulg) 38 mm (1 1/2
pulg)
25
38
25.40
25.40
28.70
41.40
19.30
19.30
21.20
33.88
50.80
57.1
57.15
69.85
12.7
15.88
14.22
14.22
0.36
2.3
0.41
2.31
0.48
3.18
0.48
3.18
0.0799
0.0799
0.0902
0.130
0.0607
0.0607
0.0688
0.107
1.406
1.878
1.314
1.707
0.0677
0.0658
0.765
0.110
1.338
1.812
1.237
1.597
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ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
TABLA 3 (CONT.)
Tubos con Aletas Incrustadas(3)
Dimensión
Aletas de
Aletas de
12 mm (1/2 pulg)
16 mm (5/8
pulg)
Tubos con Aletas
Extrudadas (4)
Revestimiento Revestimiento
de
de
25 mm (1 pulg) 38 mm (1 1/2
pulg)
Area proyectada de las
aletas del tubo(2) Ap,
0.0293
0.0310
m2/m
Distancia entre tubos en
la misma fila(2) ST, mm
53.98
66.68
Distancia entre tubos
adyacentes en filas
diferentes(1) SL, mm
53.19
59.54
Espacio entre filas(1)
SR, mm
45.34
49.35
Relación
entre
el
diámetro de la aleta y el
diámetro del tubo(1)
2.0
2.25
DEf/Dr
Factor de Corrección del
haz, transferencia de
calor (1) FBH, mm
139.4
134.4
Factor de corrección del
haz, caída de presión
0.496
0.433
FBP,
Relación entre el área
total y el área del haz
23.4
25.4
RSF,
NOTAS:
(1) Para convertir mm en pulg, divida entre 25.4
(2) Para convertir m2/m a pie2/pie, divida entre 0.3048
(3) Aletas de aluminio en forma de espiral e incrustadas en canales en
(4) Aletas troqueladas en aluminio sobre tubos de acero
0.0330
0.0458
60.33
73.02
60.33
73.02
52.27
63.25
2.0
1.7
144.3
246.4
0.502
0.591
21.4
22.4
el tubo de acero
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PDVSA
TRANFERENCIA DE CALOR
PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO PARA
ENFRIADORES POR AIRE
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TABLA 3 (CONT.)
Af +
p
S F F16
ȡD2 – D2rȣȣ
) ȧ Ef
ȧȦ
Ȣ 2 ȤȤ
ȡ
ȥYDEf
Ȣ
ǒ
A u + ǒp D r ń F16Ǔ 1 – Y
SF
Ǔ
A
NT L
AE + Af ) Au +
A i + pd i ń F16
A r + pD r ń F16
Ap +
ǒ
Ǔ
D r ) 2HY
SF
1
F 16
A m + ǒA r ) A iǓ ń 2
SR +
ǸS2L – ǒS2T ń 4Ǔ
F BH + D r
ǒ Ǔ ǒ Ǔ ǒ Ǔ
ǒ Ǔ ǒ Ǔ
DEf
Y
Dr
F BP + C
ST
donde:
0.3
0.927
Dr
D Ef
ST
SL
0.45
D Ef
SF
0.515
C = 1.0 aletas sencillas
1.2 aletas dentadas
0.17
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ENFRIADORES POR AIRE
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TABLA 4. NUMERO DE TUBOS POR HAZ PARA TUBOS ALETEADOS ESTIRADOS
POR PRESION
TUBO
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ENFRIADORES POR AIRE
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TABLA 4 (CONT.)
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ENFRIADORES POR AIRE
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Fig 1. ENFRIADOR TIPICO DE AIRE
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ENFRIADORES POR AIRE
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Fig 2. CONFIGURACIONES TIPICAS DE ENFRIADORES DE AIRE
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PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO PARA
ENFRIADORES POR AIRE
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Fig 3. TIPOS DE TUBOS ALETEADOS USADOS EN ENFRIADORES DE AIRE
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PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO PARA
ENFRIADORES POR AIRE
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Fig 4. DISEÑOS TIPICOS DE CABEZALES
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PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO PARA
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I
a.
REJILLA
MANUALES
DE TOMA
Fig 5. UNIDAD TIPICA DE TIRO INDUCIDO CON SISTEMA AUTOMATICO DE
RECIRCULACION DE AIRE CALIENTE
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Fig 6.A HOJA DE DATOS PARA ENFRIADORES DE AIRE
(UNIDADES SI)
Planta
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Fig 6.B HOJA DE DATOS PARA ENFRIADORES DE AIRE
(UNIDADES INGLESAS)
Area Planta
No. Dibujo
Peso–Haz de tubos
Embarque
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Fig 7. MONOGRAMA DTML
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Fig 8. FACTOR DE CORRECION DE DTML PARA FLUJO TRANSVERSAL
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ENFRIADORES POR AIRE
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Fig 8. (CONT.)
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Fig 8. (CONT.)
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Fig 8. (CONT.)
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ENFRIADORES POR AIRE
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Fig 9. PROPIEDADES FISICAS DEL AIRE
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ENFRIADORES POR AIRE
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Fig 10. CORRECION DE ALTITUD PARA LA DENSIDAD DEL AIRE