PROBLEMA: “CALCULO “CALCULO DE AREAS DE UN SISTEMA DE EVAPORACION”
Se debe calcular las áreas de transferencia de calor de las calandrias en un sistema de evaporación múltiple de un ingenio azucarero siguiendo el método de Kern y aplicando POLY!"# $lo más recomendable% para resolver el sistema de ecuaciones correspondientes& 'l resultado (nal debe )uedar adecuadamente registrado en una tabla de dos columnas $'fecto* $'fecto*!r !rea%& ea%& +tilice +tilice los siguiente siguientess datos, generando, generando, con criterio sustenta sustentado, do, los )ue puedan faltar.úmero de efectos /apacidad de molienda de la fábrica /onversión 4ugo9ca8a =ri> inicial del 4ugo =ri> (nal de meladura Pres esió ión n en la cá cám mara ara del últim ltimo o efec fecto Duración de zafra
012 $3alor asignado en lista ad4unta% 5,677 ton de ca8a95: ca8a95: ;oras $< ton 1 5777 5777 lb% 7&?@ ton9ton $en los ingenios usan tonelada corta% <5 A7 52 B #g $vac $vacCo Co%% <27 dCas
Presente Presente sus resultados resultados en un informe informe profesional $la presentación presentación vale muc;o%& muc;o%& 'n este documento deben )uedar e>plCcitas todas las ecuaciones de balance útiles para el cálculo y, asC mismo, la matriz base para resolver resolver el sistema de ecuaciones ecuaciones y de(nir los Eu4os del proceso& +tilizar la simbologCa de Kern es re)uisito básico para una buena comunicación& 'l traba4o traba4o es estrictament estrictamente e individual individual y se vigilará vigilará minucios minuciosamen amente te este aspecto& aspecto& Su orig origin inal alid idad ad,, tant tanto o como como la buen buena a pres presen enta taci ción ón y e(ca e(caci cia a en los los res esul ulta tado doss será serán n determinantes en la cali(cación& Procure al má>imo estos atributos en su traba4o& 3alor del traba4o- @ puntos de zona Fec;a de entrega- @ de abril de 57
Universidad de San Carlos de Guatemala Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Química Diseño de Equipo Ing. Orlando osadas
ro!lema del n"mero #ptimo de e$ectos %
&ngel David Serrano 'artíne( )*%*)*+*% Guatemala , de a!ril de )*%-
ndice
Contenido ndice..............................................................................................................................................% Introducci#n....................................................................................................................................) O!/etivos.........................................................................................................................................0 1esultados......................................................................................................................................2 'etodología de C3lculo..................................................................................................................,
%
Introducci#n
Uno de los m3s importantes tra!a/os en los ingenios a(ucareros para los ingenieros químicos es el c3lculo de 3reas de trans$erencia de calor4 en los diversos equipos utili(ados en esta industria. En este caso particular se calculan las calandrias de los evaporadores para concentrar el /ugo de caña4 mediante la evaporaci#n del agua en la soluci#n 5 con ello elevar la relaci#n de sacarosa en el licor. ara lograr lo anterior se de!e complementar los conocimientos de intercam!iadores de calor4 !alances de masa 5 energía6 así como criterios de diseño de evaporadores 5 condiciones reales de $uncionamiento de evaporadores. Esta es la primera parte para de$inir cu3l es el n"mero #ptimo de e$ectos a utili(ar4 5a que
solo se toma en cuenta las condiciones te#ricas ideales. En la segunda parte se
complementar3 con el $actor econ#mico4 este involucra costos de operaci#n4 $a!ricaci#n de equipos 5 mantenimiento.
)
7
O!/etivos
General •
Calcular las 3reas de trans$erencia de calor para una secuencia de + evaporadores.
Especí$icos %. Calcular los $lu/os del sistema. ). Calcular 89ri: para cada e$ecto. 7. lantear 5 resolver sistema de ecuaciones de !alance de calor 5 masa.
0
1esultados -
;a!la %
Ireas 6@A5&5@2 <5 6<66&@?A <6 6<26&@@A
< 5 6 : G A 2
Fuente= Ela!oraci#n propia4 metodología de c3lculo.
;a!la )
Flu/os del sistema Flu4os
Lb9;
Js < 5 6 : G A 2
Fuente= Ela!oraci#n propia4 metodología de c3lculo.
;a!la 7 'cuació n
'atri( !ase. 1 $lb9;%
3ariables $lb9;%
JS < 5 6 ?:7&6 < A *?:G 7 5 7 ?6G&72 *?G5&<
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7
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*??A&5 7 ?62&A2 A *<767&AA
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Fuente= Ela!oraci#n propia
;a!la 0
Ecuaciones de !alance de calor 5 material
E$ecto %
Ecuaci#n
)
940.36 W s−945 w 1=0
935.07 w 1−952.1 w2 =−1865185
7 0 2 + 'aterial
−12.11
−14.66
(w
−18.09
−25.21
−58.524
(w
(w 1
+
1
1
(w
+
w1 + 939.99 w2 −960.1 w3=−2274661
+
1
w 2 )+ 945.44 w 3−969.8 w 4=−2753636.67
+
w 2+ w3 ) +951.71 w 4− 984 w 5=−3397905
w2 + w3 + w 4 ) + 958.79 w 5−996.2 w 6=−4735278.33
w 2+ w3 + w4 + w5 ) + 937.676 w6−1030.66 w7=−10992758 w 1+ w2 + w 3+ w4 + w5 + w6 + w 7=150266.67
Fuente= Ela!oraci#n propia6 >ern4 Donald. ;rans$erencia de Calor. 3gina 0+2.
;a!la -
Coe$icientes glo!ales 5 89ri: 'fecto 7 < 5 6
+ $=tu9 =ri> $;MpieMF%% <5 ** <6&<<67A G? G57&@5@G7G <:&A<7GG 7A :@:&
+
* 552:AA<& A2 * 52G6A6A& A2 *66?2?7G * :26G52@& 66 * <7??52G@
5G
: G A 2
62A&?:A<@5 676&62@:5< 5<7&:52A?? 2?&A?A
Fuente= Ela!oraci#n propia4 metodología de c3lculo.
;a!la 2
resiones4 temperatura4 calor latente de vapori(aci#n. 'fecto < 5 6 : G A 2 condensa dor
Presión $Psia% 6: 5?&6G 5:&2 57&7G
NP $Psia% " $F% $=tu9lb% ** 5G2&:? ?:7&6A :&AG 5G7 ?:G :&AG 5:7&72 ?G5&< :&AG 552&?A ?A7&< :&AG 5<6&6 ?A?&@ :&AG
<&:6
:&A2
<<<&:2A
<767&AA
Fuente= >ern4 Donald. ;rans$erencia de Calor. &p?ndice de Datos para C3lculos4 ta!la +.
'etodología de C3lculo
;a!la +
Datos
Dato @ de e$ectos B$ alimento 89ri: inicial 89ri: Final resi#n $inal Conversi#n
Cantidad + )7** %) 2* )+ *.,
Datos dados por el pro!lema Unidades AA ;oneladas de cañadía AA AA ulgadas de mercurio ;onelada /ugotonelada caña
/ugocaña Dato
;ipoCantidad
Datos Supuestos Unidades ,
Criterio
Flu/o
aralelo
resi#n inicial Calor especi$ico ;emperatura
AA
El "ltimo e$ecto de un $lu/o paralelo es el que
70
psia
presenta el vacío. as condiciones reales en un ingenio varían
%
entre )* 5 7- psig 9tul!H8F alor utili(ado por >ern en sus e/emplos4 5a
)-*
que su variaci#n con el real es desprecia!le. Condici#n real promedio de tra!a/o.
8F
inicial Fuente= Ela!oraci#n propia.
;a!la ,
Datos calculados
Dato Cantidad B$ alimento %,+,77.77
Datos Calculados Unidades Forma de c3lculo. l! /ugoJ jugo
Sacarosa en ))-0*
l!J
W f × ° Brix iniciales
alimento Flu/o
l!J
Sacarosa enaliento ° Brix final
l!J
W f − Flujo eladura
de 7+4-22.22+
meladura Evaporaci#n total4 Flu/os
%-*4)22.22
W f ∗Conversión
( )
∗ Factor de ton→lb caña factor dedía→ hora
+
w 1−7
del ;a!la )
l!J
Sistemas de ecuaciones4 matri( inversa en
sistema 89ri:
;a!la -
AA
Sacarosa enaliento W f − w1−! −w n
Coe$icientes
;a!la -
9tu
( 100 − " )∗( t −130 )∗ #
glo!ales
E:cel.
de
$
JHpieH8F
trans$erencia
de calor4 U
%ie
W s∗ # s
2
& 1( ' s − t 1 )
de calor. Fuente= >ern4 Donald. ;rans$erencia de Calor. Capítulo %0.
%*
