Problema Del Numero Optimo de Efectos i 2015
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PROBLEMA: CALCULO DE AREAS DE UN SISTEMA DE EVAPORACION
Se debe calcular las reas de transferencia de calor de las calandrias en un sistema de evaporacin mltiple de un ingenio azucarero siguiendo el mtodo de Kern y aplicando POLYMATH (lo ms recomendable) para resolver el sistema de ecuaciones correspondientes. El resultado final debe quedar adecuadamente registrado en una tabla de dos columnas (Efecto-Area). Utilice los siguientes datos, generando, con criterio sustentado, los que puedan faltar:Nmero de efectosCapacidad de molienda de la fbricaX=7 (Valor asignado en lista adjunta)2,300 ton de caa/24 horas (1 ton = 2000 lb)
Conversin jugo/caaBrix inicial del jugo0.98 ton/ton (en los ingenios usan tonelada corta)12
Brix final de meladura60
Presin en la cmara del ltimo efecto27 Hg (vaco)
Duracin de zafra170 das
Presente sus resultados en un informe profesional (la presentacin vale mucho). En este documento deben quedar explcitas todas las ecuaciones de balance tiles para el clculo y, as mismo, la matriz base para resolver el sistema de ecuaciones y definir los flujos del proceso. Utilizar la simbologa de Kern es requisito bsico para una buena comunicacin.
El trabajo es estrictamente individual y se vigilar minuciosamente este aspecto. Su originalidad, tanto como la buena presentacin y eficacia en los resultados sern determinantes en la calificacin. Procure al mximo estos atributos en su trabajo.
Valor del trabajo: 8 puntos de zonaFecha de entrega: 8 de abril de 2015
Imprima y adjunte copia de esta hoja en su informe, indicando el valor de X=7 trabajado
Universidad de San Carlos de GuatemalaFacultad de IngenieraEscuela de Ingeniera QumicaDiseo de EquipoIng. Orlando Posadas
Problema del nmero ptimo de efectos 1
Angel David Serrano Martnez201020701Guatemala 8 de abril de 2015
ndice
Contenidondice1Introduccin2Objetivos4Resultados6Metodologa de Clculo8
Introduccin
Uno de los ms importantes trabajos en los ingenios azucareros para los ingenieros qumicos es el clculo de reas de transferencia de calor, en los diversos equipos utilizados en esta industria. En este caso particular se calculan las calandrias de los evaporadores para concentrar el jugo de caa, mediante la evaporacin del agua en la solucin y con ello elevar la relacin de sacarosa en el licor. Para lograr lo anterior se debe complementar los conocimientos de intercambiadores de calor, balances de masa y energa; as como criterios de diseo de evaporadores y condiciones reales de funcionamiento de evaporadores.
Esta es la primera parte para definir cul es el nmero ptimo de efectos a utilizar, ya que solo se toma en cuenta las condiciones tericas ideales. En la segunda parte se complementar con el factor econmico, este involucra costos de operacin, fabricacin de equipos y mantenimiento.
Objetivos
General Calcular las reas de transferencia de calor para una secuencia de 7 evaporadores.
Especficos1. Calcular los flujos del sistema.2. Calcular Brix para cada efecto.3. Plantear y resolver sistema de ecuaciones de balance de calor y masa.
Resultados
Tabla 1reas de transferencia por efecto.Efectoreas
13862.28712
23133.89613
33173.88615
43373.47041
53757.00595
64274.13959
75350.75787
Fuente:Elaboracin propia, metodologa de clculo.
Tabla 2Flujos del sistemaFlujosLb/h
Ws16022.3779
w115943.7072
w217617.5478
w319416.6255
w421260.9642
w523042.4872
w625051.8203
w727933.5144
Fuente:Elaboracin propia, metodologa de clculo.Tabla 3Matriz base.EcuacinVariables (lb/h)= (lb/h)
WSw1w2w3w4w5w6w7
1940.36-9450000000
20935.07-952.100000-1865185
30-12.11939.99-960.10000-2274661.67
40-14.66-14.66945.44-969.8000-2753636.67
50-18.09-18.09-18.09951.71-98400-3397905
60-25.21-25.21-25.21-25.21958.79-996.20-4735278.33
70-58.524-58.524-58.524-58.524-58.524937.676-1030.66-10992758
801111111150266.67
Fuente:Elaboracin propia
Tabla 4Ecuaciones de balance de calor y materialEfecto Ecuacin
1
2
3
4
5
6
7
Material
Fuente:Elaboracin propia; Kern, Donald. Transferencia de Calor. Pgina 476.
Tabla 5Coeficientes globales y BrixEfectoBrixU (Btu/(h*pie*F))
012--
113.1130659520.828505
214.6105506484.158178
316.7141925436.407833
419.842512376.946182
524.8917745303.378421
634.4121186210.427699
76079.696
Fuente:Elaboracin propia, metodologa de clculo.
Tabla 6Presiones, temperatura, calor latente de vaporizacin.EfectoPresin (Psia)P (Psia)T (F) (Btu/lb)
134--257.49940.36
229.354.65250945
324.74.65240.07952.1
420.054.65227.96960.1
515.44.65213.3969.8
610.754.65195.21984
76.14.65170996.2
condensador1.434.67111.4761030.66
Fuente:Kern, Donald. Transferencia de Calor. Apndice de Datos para Clculos, tabla 7.
Metodologa de Clculo
Tabla 7Datos
Datos dados por el problema
DatoCantidadUnidades
# de efectos7--
Wf (alimento)2300(Toneladas de caa/da)
Brix inicial12--
Brix Final60--
Presin final27Pulgadas de mercurio
Conversin jugo/caa0.98(Tonelada jugo/tonelada caa)
Datos Supuestos
DatoTipo/CantidadUnidadesCriterio
FlujoParalelo--El ltimo efecto de un flujo paralelo es el que presenta el vaco.
Presin inicial34psiaLas condiciones reales en un ingenio varan entre 20 y 35 psig
Calor especifico1Btu/(lb*F)Valor utilizado por Kern en sus ejemplos, ya que su variacin con el real es despreciable.
Temperatura inicial250FCondicin real promedio de trabajo.
Fuente: Elaboracin propia.
Tabla 8Datos calculados
Datos Calculados
DatoCantidadUnidadesForma de clculo.
Wf (alimento)187833.33(lb jugo/h)
Sacarosa en alimento22540lb/h
Flujo de meladura37,566.667lb/h
Evaporacin total, 150,266.667lb/h
Flujos del sistemaTabla 2lb/hSistemas de ecuaciones, matriz inversa en Excel.
BrixTabla 5--
Coeficientes globales de transferencia de calor, UTabla 5Btu/(h*pie*F)
reas de Transferencia de calor.Tabla 1
Fuente:Kern, Donald. Transferencia de Calor. Captulo 14.8