El intercambiador de calor de carcasa y tubo está diseñado mediante cálculos de prueba y error. Los pasos principales del diseño siguiendo el método Kern se resumen a continuación:
Paso 1. Obtenga las propiedades termofísicas requeridas de los fluidos calientes y fríos a la temperatura calórica o temperatura media aritmética . Calcule estas propiedades a la temperatura calórica si la variación de la viscosidad con la temperatura es grande. El procedimiento de cálculo detallado de la temperatura calórica disponible está en la referencia [3] (página 93-99) .
Paso 2. Realice el balance de energía y descubra el trabajo térmico (Q) del intercambiador.
Paso 3. Suponga un valor razonable del coeficiente global de transferencia de calor (U o, assm). El valor de (Uo, assm) con respecto al proceso de fluidos calientes y fríos puede tomarse de los libros ([3] página 840 Tabla 8; [4] página 297 Tabla 8.2.)
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Paso 4 . Decida el número tentativo de pases de carcasa y tubo (np). Determine el LMTD y el factor de corrección F
T
([3] página 828-833 Figs. 18-23; [4] página 292 Figs. 8.10a y 8.10b). F
T
normalmente debe ser mayor que 0.75 para la operación estable de los intercambiadores. De lo contrario, se requiere aumentar el número de pases para obtener una F más alta
T
valores.
Paso 5 . Calcule el área de transferencia de calor ( A ) requerida:
(1.1)
Paso 6 . Seleccione el material del tubo, decida el diámetro del tubo (ID = di, OD = do), su espesor de pared (en términos de BWG o SWG) y la longitud del tubo (L). Calcule la cantidad de tubos (nt) necesarios para proporcionar el área de transferencia de calor ( A ) calculada:
. (1.2)
Calcular la velocidad del fluido del lado del tubo,
. (1.3)
Si u <1 m / s, arregle np para que,
. (1.4)
donde m, ρ y μ son el caudal másico, la densidad y la viscosidad del fluido del lado del tubo. Sin embargo, esto está sujeto a una caída de presión permitida en el lado del tubo del intercambiador de calor.