 |
Enfriamiento Más información? Envíenos un email o consulte via nuestro buscador PocketGoogle - La Mejor Manera de Usar Nuestra Colección!
|
 |
El sistema de aceite de una prensa de cerámica requiere enfriar aproximadamente 2201 /h de aceite desde 55°C (131°F) a 35°C (95°F). Se desea dimensionar el intercambiador y determinar especificaciones para el agua de enfriamiento.
Será conveniente hacer algunos cambios de unidades de manera de facilitar la estimación del calor a disipar, a saber:
caudal de aceite = 2201 l/h = 2.201 m3/h = 2.215 * 35.3145 cu.ft./h = 77.728 cu.ft./h
Si las densidades respectivas del aceite a 55°C (131°F) y 35°C (95°F) son 57.277 lb/cu.ft y 57.997, tomando un valor de densidad media de 57.637 lb/cu.ft. podemos estimar la masa de aceite a enfriar será:
masa de aceite a enfriar = 77.728 * 57.637 = 4480 lb/hr
Al igual que la densidad, el calor específico variará con la temperatura. Si los calores específicos del aceite a 55°C (131°F) y 35°C (95°F) son respectivamente 0.4577 btu/lb°F y 0.4370 btu/lb°F, tomando un valor medio de calor específico de 0.4474 btu/lb°F podemos estimar el calor a disipar como sigue:
Q = calor a disipar = 4480 lb/h * 0.4474 * (131-95°F) = 72156 btu/h = 18184 kcal/h
Sin que necesariamente configure una única alternativa se indica que se dispone de agua de enfriamento a 28°C y se admite, también si se quiere en cierta manera arbitrario, un salto de temperatura de 5°C a través del intercambiador. Podemos entonces inmediatamente despejar el caudal de agua necesario para el enfriamiento. Volviendo a las unidades inglesas, el agua de enfriamiento ingresará a 28°C (82.4°F) y saldrá a 33°C (91.4°F), luego
caudal de agua = Q / salto térmico = 72156 btu/hr / ( 500 * (91.4-82.4)°F) = 16 US GPM = 3641 l/h
El área/superficie de intercambio requerida A (sq.ft.) sale directamente de la ecuación de Netwon:
Q (btu/h) = A (sq.ft.) * U (btu / hr * sq.ft. * °F) * LMTD
A (sq.ft.) = Q (btu/h) / ( U (btu / hr * sq.ft. * °F) * LMTD )
En nuestro caso la temperatura media logarítmica es 23.6°F = LMTD (131,95,91.4,82.4). Seleccionando un valor conservador para el U, eg. 37-40 btu/ hr * sq.ft. * °F, la superficie de intercambio requerida resulta:
superficie de intercambio requerida A = 72156 btu/h / ( 37 * 23.6) = ca 83 sq.ft. = 7.7 m2
Una industria de celulosa y papel requiere enfriar 300 m3/h (1322 US GPM) desde 71°C (159.8°F) hasta 65°C (149°F) mediante un circuito de enfriamiento cerrado. Se desea dimensionar el intercambiador agua-agua a partir de la disponibilidad de agua de enfriamiento a 36.2°C (97.2°F).
Al igual que en el caso anterior habrá variaciones de densidad y calor específico con la temperatura. De todas maneras podemos estimar rápidamente el calor a disipar Q
Q = 1322 USGPM * 500 * (159.8°F - 149°F) = 7138800 btu/h = 1799093 kcal/h
o sea 1800000 kcal/h = 300 m3/h * 10^3 * (71°C - 65°C)
Suponiendo un salto térmico de 46.4°F ( 25.78°C) a través del intercambiador, el caudal de agua de enfriamiento para disipar esa carga térmica sale directamente de la fórmula
GPMs de enfriamiento = 7138800 btu/h / ( 500 * 46.4°F) = 307.7 US GPM = 69880 l/h
nota: siendo temperatura de salida = 36.2° + 25.78° = 62°C
Q (verificación) = 69880 l/h * (62 - 36.2) = 1802904 kcal/h
En este caso la temperatura media logarítmica es 27.43°F = LMTD (159.8, 149, 97.2, 143.6). Seleccionando un valor conservador para el U, eg. 197-200 btu/ hr * sq.ft. * °F, la superficie de intercambio requerida resulta:
superficie de intercambio requerida A = 7138800 btu/h / ( 197.32 * 27.43) = ca 1319 sq.ft. = ca. 123 m2
Una fábrica de levadura desea estimar el calor a disipar en un proceso de elaboración de levadura mediante fermentación aeróbica. El calor generado en el proceso de fermentación es del orden de 3.5 kcal por g de sólidos de levadura. Se desea el estimativo para un proceso de aproximadamente 5 toneladas de melaza.
A los efectos de poder lograr un estimativo orden de magnitud dentro del alcance de este material, delinearemos un razonamiento con un número pequeño de suposiciones, aplicables o no a cada caso específico.
A grosso modo el calor total generado durante la fermentación se compone de tres fuentes:
Q1 Calor de proceso de fermentación
A partir de las 5 toneladas de melaza y suponiendo un rendimiento de 80% de levadura fresca y un respectivo tenor de 30% de levadura seca-seca sobre levadura comprimida obtenemos los kg de levadura seca-seca (sólidos) directamente:
5000 kg melaza * 0.8 levadura fresca/melaza * 0.3 levadura seca-seca/levadura fresca = 1200 kg de levadura seca-seca o sólidos.
Siendo el calor generado en el proceso de fermentación del orden de 3.5 kcal por g de sólidos, resulta para ese turno
1200 kg * 10^3 * 3.5 kcal = 4,200,000 kcal
ocurriendo la carga máxima (10% en una hora) =
Q1Max = 4200000 * .1 = 420,000 kcal/h
Q2 Calor sensible
A partir de la mezcla de 5000 kg de melaza con agua obtendremos aproximadamente 5500 litros de densidad espeífica 1.23 kg/l y calor específico 1 Kcal/g °C, que llevaremos de 80°C a 30°C, luego el Q2 sale directamente
Q2 = 5500 L * 1.23 kg/L * 1 * (80 - 30°C) = 338250 kcal/h
ocurriendo la carga máxima (10% en una hora) =
Q2Max = 338250 * .1 = 33,825 kcal/h
Q3 Calor sensible del aire
Básicamente consiste en seguir la evolución de la masa de aire desde 80°C a 30°C y por dferenncia de entalpías estimar la contribución de calor.
La alimentación se realiza con aire a 80°C y 34.5°C temperatura de bulbo húmedo a lo que corresponde una entalpía de 61.77 btu/lb. La entalpía de salida correspondiente a aire saturado a 30°C, es 50.67 btu/lb, luego la diferencia sale directamente:
diferencia de entalpías = 61.77 - 50.67 = 11.1 btu/lb
La masa de aire 2500 CFM * 0.071 llb/cu.ft * 60 = 10638 lb/h
Q3 = 10638 lb/h * 11.1 btu/lb = 118085 lb/h = 29760 kcal/h
Finalmente la carga horaria máxima Qmax
Qmax = Q1max + Q2max + Q3max = 420,000 kcal/h +33,825 kcal/h + 29,760 kcal/h = ca. 483600 kcal/h
