Fabrica de Refrescos Industrias

UNIVERSIDAD TECNICA DE ORURO FACULTAD NACIONAL DE INGENIERIA INGENIERIA DE PROCESOS QUIMICOS

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1

PRACTICAS EN LA INDUSTRIA PRQ 3225 “A”

FABRICA DE REFRESCOS INDUSTRIAS

FECHA: 14/06/10

ORURO – BOLIVIA

UNIVERSIDAD TECNICA DE ORURO FACULTAD NACIONAL DE INGENIERIA INGENIERIA DE PROCESOS QUIMICO


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2

FABRICA DE REFRESCOS INDUSTRIAS ALIMENTICIAS LA VIOLETA ‘IALVI’

1.1 Antecedentes

La fábrica de refrescos Industrias alimenticias La violeta “IALVI” a cargo de su propietario el

gerente General Ingeniero Zacarías Villazon y el Señor Rómulo Villazon, comienza sus

actividades en el año 2007, donde su calidad del agua es un factor preponderante para, las

cualidades que presenta su elaboración de los jugos.

La industria Tiene una capacidad máxima de producción 8000 lt diarios, distribuida en las

cantidades de 60 cc, 1500 cc, 2000 cc y 2500 cc, y con los siguientes sabores:

- Mandarina - Durazno - Manzana - Naranja - Pomelo - Mango

La empresa tiene como misión ‘innovar los productos novedosos en función a la demanda que requiere la población’

Es por ello que deciden implantar una planta de refrescos gaseosos y agua mineral, para el consumo humano.

1.1.1 Localización de la planta

La industria alimenticia ‘LA VIOLETA’ esta ubicado al nor oeste de la ciudad de

Cochabamba, Específicamente en la zona La violeta, de Tiquipaya, que pertenece a la

provincia de Quillacollo


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3

1.2 Estructura organizacional

Figura 1: Organización de la planta

2

CONTROL DE DESGASTE DE AGUA EN LA PLANTA DE INDUSTRIAS ALIMENTICIAS ‘IALVI’

2.1 Introducción

Como es de saber el agua es una materia prima, fundamental para la elaboración de los refrescos para la planta industrias alimenticias ‘IALVI’, para la cual es necesario optimizar el consumo de agua, realizando un estudio e inspección de los puntos clave para el consumo del agua.

2.2 Objetivo

2.2.1 Objetivo general

- Cuantificar el desgaste de agua en la planta

2.2.2 Objetivos específicos

- Determinar el consumo total del agua sin tratar.

Gerente general

Administrador

Área de producción Área de Ventas

Tratamiento de aguas

Elaboración del producto

Ventas

Envasado, etiquetado y almacenaje

Laboratorio


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4

- Determinar el consumo total del agua tratada.

2.3 Determinar e identificar los puntos de consumo en la planta ‘IALVI’

En primer lugar, se tuvo que realizar una inspección con respecto a la planta ‘IALVI’, identificado los puntos de consumo de H2O

1 ya sea agua tratada o agua sin tratar.

ESQUEMA GENERAL DE LA PLANTA Industrias alimenticias ‘IALVI’

Figura 2; Esquema de la ubicación de las piletas Donde: La línea de color negro es agua tratada. La línea de color azul no es agua tratada.

1 H2O = Nomenclatura del agua


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5

a. Pil N°1(agua sin tratar): Es la pileta que se encuentra en producción, en la planta frente a los tanques, del proceso.

b. Pil N°2 (Agua tratada): Es salida del agua del tanque II, de producción.

c. Pil N°3 (Agua tratada): Es salida del agua del tanque I, de producción.

d. Pil N°4 (Agua tratada): Se encuentra en el tanque de caramelización.

e. Pil N°5 (agua sin tratar): Esta ubicada, en la ducha que se utiliza para la limpieza de

las botellas.

f. Pil N°6 (agua sin tratar): Es la pileta que se encuentra frente al llenado de refrescos, en la planta baja.

g. Pil N°7 (agua sin tratar): Es la pileta que se encuentra frente al llenado de refrescos

para envases pequeños, en la planta baja.

h. Pil N°8 (Agua tratada): Esta pileta se utiliza solo para el lavado de botella antes de embotellar.

Una ves identificada y renombrada los puntos de consumo se obtuvo los siguientes datos, en donde el volumen se tiene en [ml]2 y el tiempo en [seg]3.

2.4 Datos y resultados obtenidos.

1° prueba

Preparación: 300 lt de durazno y 300 lt de naranja CONSUMO DEL AGUA EN PRODUCCION Martes:26/I/2010

Pileta N°1 Pileta N°2 Pileta N°3 Pileta N°4

instrucciones 2° piso Tanque II Tanque I Caramelizacion

H2O S/ Tratar H2O Tratada H2O Tratada H2O Tratada

Pruebas Volumen [ml]

Tiempo [seg.]

Volumen [ml]

Tiempo [seg.]

Volumen [ml]

Tiempo [seg.]

Volumen [ml]

Tiempo [seg.]

808 4 1335 2,3 1335 2,3 1400 1,3

735 3 1300 3,0 1300 3,0 1340 1,0

Caudal promedio 230,3 [ml/seg] 506,87 [ml/seg] 1208,5 [ml/seg] 1208,5 [ml/seg]

2 ml = mililitros ‘unidad de medida del volumen’

3 Seg= segundos ‘unidad de medida del tiempo’


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6

Datos obtenidos Volumen [ml]

Tiempo [seg.]

Volumen [ml]

Tiempo [seg.]

Volumen [ml]

Tiempo [seg.]

Volumen [ml]

Tiempo [seg.]

1 8152,62 35,4 13279,99 26,2 12874,5 25,4 15589,6 12,9

2 7567,70 32,6 14293,7 28,2 18551 36,6 62962,85 52,1

3 25517,24 110,8 14040,3 27,7 9681,2 19,1 352519,8 291,7

4 21740,32 94,4 363155 300.5

5 36456,5 158,3

Total 99434,4 [ml] 41613,99 [ml] 41106,7 [ml] 794227,2 [ml]

Tabla 1: Consumo de agua en el segundo piso


instrucciones Ducha (etiquetado) 1° piso (llenado de refrescos)

1° piso (llenado en envases pequeños) Lavado de botellas

H2O S/ Tratar H2O S/Tratada H2O Tratada H2O Tratada


Tiempo [seg.]

Volumen [ml]

Tiempo [seg.]

Volumen [ml]

Tiempo [seg.]

Volumen [ml]

Tiempo [seg.]

580 1,7 580 2,2 505,38 2.1

810 3,4 840 2,8 721,98 3

Caudal promedio 290 [ml/seg] 281,8 [ml/seg] 240.66 [ml/seg]


Tiempo [seg.]

Volumen [ml]

Tiempo [seg.]

Volumen [ml]

Tiempo [seg.]

Volumen [ml]

Tiempo [seg.]

1 38860 134 1521,72 5,4 104085 432.5

2 34220 118 1690,8 6,0

3

4

Total 73080 3212,52 104085

Tabla 2: Consumo de agua en el primer piso

Según estos datos se realiza un balance que se relaciona, el consumo de agua tratada y agua nitratada.

Por medio de un determinado análisis en la planta se pudo determinar la cantidad de producción con respecto a la salida.


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7

Q1 agua tratada = 175726.92 [ml] Q2 agua s/tratar = 981032.89 [ml] Determinar la cantidad de producción:

2.5 [lt/unidad] 20 paquetes V1=2.5 [lt/unidad]*6[unidades/paquete] 20 paquetes = 300 litros = 300000 ml


1.5 [lt/unidad] 18 paquetes V1=1.5 [lt/unidad]*6[unidades/paquete] 18 paquetes = 162 litros = 162000 ml El volumen total = 630000 ml El rendimiento es:

54.0

)57.1086889.98103292.175726(

630000

421

321

min

R

ml

mlR

QQQ

VVVR

totalaguadeconsumo

adoterproductoR

2° Prueba Preparación: 300 lt de durazno y 300 lt de manzana CONSUMO DEL AGUA EN PRODUCCIÓN Viernes: 29/I/2010





Tiempo [seg.]

Volumen [ml]

Tiempo [seg.]

Volumen [ml]

Tiempo [seg.]

Volumen [ml]

Tiempo [seg.]

960 2,7 1335 2,3 1335 2,3 1400 1,3


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

8

1340 3,5 1300 3,0 1300 3,0 1340 1,0

Caudal promedio 369,17 506,87 [ml/seg] 1208,5 [ml/seg] 1208,5 [ml/seg]


Tiempo [seg.]

Volumen [ml]

Tiempo [seg.]

Volumen [ml]

Tiempo [seg.]

Volumen [ml]

Tiempo [seg.]

1 10927,68 29,6 12367,63 24,4 10999,08 21,7 79277,6 65,6

2 82177,24 222,6 15307,47 30,2 19109 37,7 352019,8 281,7

3 29496,68 79,9 363100 280.5

4 57073,68 154,6

Total 179675,28 167675 30108.08 794397,4







Tiempo [seg.]

Volumen [ml]

Tiempo [seg.]

Volumen [ml]

Tiempo [seg.]

Volumen [ml]

Tiempo [seg.]

1060 3,5 750 2,1 505,38 2.1

1110 3,8 1070 2,7 721,98 3

Caudal Promedio 594.96 [ml/seg] [ml/seg] 240.66 [ml/seg]


Tiempo [seg.]

Volumen [ml]

Tiempo [seg.]

Volumen [ml]

Tiempo [seg.]

Volumen [ml]

Tiempo [seg.]

1 133747 224,8 115733.4 480,9

2 25940.26 43,6

3 50631.1 85,1

4 16123.42 27,1

Total 92694.78 115733.4


Según estos datos se realiza un balance que se relaciona, el consumo de agua tratada y agua nitratada.

Por medio de un determinado análisis en la planta se pudo determinar la cantidad de producción con respecto a la salida.


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9

Q1 agua tratada = 272370.06 [ml] Q2 agua s/tratar = 1107913.88 [ml] Q44 agua de uso personal agua s/tratar = 10868.57 [ml] Determinar la cantidad de producción:



1.5 [lt/unidad] 10 paquetes V1=1.5 [lt/unidad]*6[unidades/paquete] 10 paquetes = 90 litros = 90000 ml El volumen total = 630000 ml El rendimiento es:

444.0

)57.1086888.110791306.272370(

618000

421

321

min

R

ml

mlR

QQQ

VVVR

totalaguadeconsumo

adoterproductoR

3° prueba CONSUMO DEL AGUA EN MATENIMIENTO Sábado 23/I/2010





Tiempo [seg.]

Volumen [ml]

Tiempo [seg.]

Volumen [ml]

Tiempo [seg.]

Volumen [ml]

Tiempo [seg.]

808 4 1335 2,3 1335 2,3 1400 1,3

735 3 1300 3,0 1300 3,0 1340 1,0

4 Ver tabla 7


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10

Caudal promedio 230,3 [ml/seg] 506,87 [ml/seg] 1208,5 [ml/seg] 1208,5 [ml/seg]


Tiempo [seg.]

Volumen [ml]

Tiempo [seg.]

Volumen [ml]

Tiempo [seg.]

Volumen [ml]

Tiempo [seg.]

1 18677,3 81,1 26813,4 53,0 15358,16 30,3 149733,5 123,9

2 66971,24 290,8

3 98614,5 428,2

4 6033,86 26,2

5 5066,6 22,0

6 6632,6 28,0

Total 113243.1 26813.4 15358.16 149733.5







Tiempo [seg.]

Volumen [ml]

Tiempo [seg.]

Volumen [ml]

Tiempo [seg.]

Volumen [ml]

Tiempo [seg.]

580 1,7 580 2,2

810 3,4 840 2,8

Caudal Promedio 290.01 [ml/seg] 281,8 [ml/seg]


Tiempo [seg.]

Volumen [ml]

Tiempo [seg.]

Volumen [ml]

Tiempo [seg.]

Volumen [ml]

Tiempo [seg.]

1 191116,6 659 150537,56 534,2

2

Total 191116.6 150537.56


CONSUMO DE AGUA EN USO PERSONAL

Instrucciones Ducha Lava manos Inodoro


Tiempo [seg.]

Volumen [ml]

Tiempo [seg.]

Volumen [ml] Consumo

1 680 1.7 440 4.1

2 700 2 500 5

Caudal promedio 375 (ml/seg) 103.66 (ml/seg) 8691.77 (ml/uso)

Día Volumen [ml]

Tiempo [seg.]

Volumen [ml]

Tiempo [seg.]

Volumen [ml] Uso

Sábado 8691.77 1

Lunes 1243.92 12 8691.77 1

Martes 1140.26 11


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11

Miércoles 2280.52 22 8691.77 1

Jueves 1554.9 15 8691.77 1

Viernes 4664.7 45 8691.77 1

Promedio 2176.8 8691.77

Tabla 7: Consumo de agua en el servicio personal

Agua sin tratar = 465765.83 [ml/limpieza]=466 lt Agua tratada = 188905.06 [ml/limpieza]=189 lt

2.5 Observaciones

Las observaciones que se tiene son las siguientes:

Al realizar la cuantificación de consumo de agua, se observo que al accionar la bomba existe fugas, de agua tratada, C5, C6, C16 y C4.

Las variaciones de caudal en la piletas, de agua sin tratar, a veces son muy elevadas, que al realizar la limpieza se llega a consumir más, de lo normal.

Cuando los caudales son bajos y se requiere más tiempo para su limpieza, y más consumo de agua.

Los tanques de limpieza que se utiliza, están demasiadas oxidadas, que al realizar la limpieza, logra ensuciarse más, ya sea el envase o las botellas antes del embotellamiento.

En la ducha, para la limpieza de las botellas se observó que al llenar el tanquecito, y hacer recircular el agua se pierde casi todo el agua, y a veces se llena de nuevo el tanque, para realizar la limpieza, que al observar no esta bien acomodada la ducha que el líquido que sale, se derrama alrededor.

También para la higiene personal (Baño) existe fugas como ser en el lava mano (una gota por segundo aproximadamente) y en la ducha (dos gotas por segundo) si una gota es un mililitro aproximadamente entonces en las 24 hrs. se llega a perder 300 litros diarios.

2.6 Conclusiones

Al realizar una evaluación con respecto al consumo se llega a concluir que se

consumo de agua cuyo promedio es R=0.5, su rendimiento en la cual nos indica que el consumo del agua es de 1 lt, de producción equivale dos litros de gasto general del agua, de las que un litro es el producto, y el otro litro es aplicado en la limpieza.

Cabe recalcar que no se toma en cuenta las fugas existentes en los sectores ya indicadas anteriormente, debido a que no se puede cuantificar esta pérdida.

Por tanto el desgaste de agua es más de lo calculado. Entonces los resultados reales llegan hacer menor a 0.5

Consumo total = 665 Lts por limpieza semanal|


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12

Considerando las fugas agua en la utilización del uso personal el rendimiento llega a ser R=0.36 es decir disminuye el rendimiento. Que por un litro de producción aproximadamente 3 litros de consumo.

2.7 Recomendaciones.

Se recomienda realizar un mantenimiento general, todo el personal, realizando

limpiezas en los tanques que se utiliza para la limpieza de los embases, ya sea producto terminado y antes del embotellamiento.

En las fugas existentes recubrir con una cinta, para evitar las fugas de agua. Realizar una limpieza, de los tanques de preparación de insumos (materia prima),

para cada proceso, o por lo menos diarios, por ser una planta de productos alimenticios para el consumo humano, caso contrario mantener en lugares que no estén expuestos a la humedad es decir tener un lugar especifico para guardar el material de pesaje de los insumos, porque cuando se encuentran expuesto ala humedad existe la oxidación de los insumos por la humedad, dañando asi al material de pesaje.

Comprar nuevas mangueras para el lavado de los tanque, pisos, debido a la existe de de fuga de gran cantidad de agua es decir el 50% son fugas, el otro 50 % recién se utiliza.

Para el uso personal implantar una lava mano por goteo, caso contrario poner en el sitio una señalización indicando cierre totalmente el lava mano, esto para consientizar al personal y en la ducha introducir una nueva llave que cierre por completo.


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13

3 DISEÑO DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR

3.1 Introducción

Como la fabrica implantara la producción de agua mineral, y refrescos gaseosos, y la base fundamental es necesario eliminar el oxigeno presente en el agua, para reemplazar por el dióxido de carbono, u obtener un agua mineral de mejor calidad, y para realizar este proceso se utilizara una torre de desorción o un pulverizador de agua (aspersor), después de este proceso es recomendable mantener el agua frío, tendiendo a 0 ºC, para la eficiencia del producto y con la ayuda de un diseño de torre de desorción se empieza a evaluar el refrigerante con sus dimensiones de dicha torre se empieza a su respectivo diseño.

3.2 Objetivos

3.2.1 Objetivo general

- Diseñar un intercambiador de calor

3.2.2 Objetivos específicos

- Hallar la capacidad optima de la planta para la producción de agua purificada - Identificar el tipo de intercambiador de calor a diseñar

3.3 Capacidad óptima

)1..(....................)1(* toptcQiQop

Donde: Qop: Capacidad optima Qi: Producción inicial Qf: Producción final top: tiempo optimo tc: taza de crecimiento

3.3.1 Determinación de la taza de crecimiento

)3......(....................1

)2........(..........1

1

1

2010

2020

N

N

Qi

Qftc

pobl

pobltc

Donde: N: Año de producción Pobl2020: Población en el año 2020 Pobl2010: Población en el año 2010


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14

POB. URBANA BOLIVIANA

AÑO POB URBANA

2000 3.405.264

2005 4.019.312

2010 4.652.766

2015 5.296.245

2020 5.941.458

2025 6.574.041

2030 7.183.448

Tabla 8: Población urbana 2000-20305

Poblacion urbana 2005-2030

y = 1E-15e0,0248x

0

1.000.000

2.000.000

3.000.000

4.000.000

5.000.000

6.000.000

7.000.000

8.000.000

1990 2000 2010 2020 2030 2040

año

Pobla

cio

n u

rbana

Figura 3: Tendencia de la población urbana

6

POB. URBANA BOLIVIANA

AÑO POB URBANA

2010 4453601,29

2011 4565431,56

2012 4680069,91

2013 4797586,83

2014 4918054,61

2015 5041547,34

2016 5168140,99

2017 5297913,41

2018 5430944,43

2019 5567315,87

2020 5707111,6

Tabla 9: Población urbana 2010-20207

5 Fuente: INE

6 Fuente: Elaboración propia


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15

028.013.4453601

6.5707111110 tc

3.3.2 Determinar el Tiempo óptimo

)5.......(..........*)1(

)(*)1(*)1(*21)('

)4..(....................1

)(

aR

nNaRnf

Rnf

n

Donde:

R: Rentabilidad según la taza de crecimiento N: vida útil del proyecto n: periodo de transcurrencia (inicial hasta el ultimo periodo que transcurre)

)8(....................%100

)7.......(..........

)6....(..........1

Ntd

TdRa

tcR

esperado

Donde: Resperado: Rentabilidad esperada Td: Factor de depreciación . Rentabilidad esperado = 30 % y N=10 Reemplazando datos en las ecuaciones (6,7 y 8)

4.01.03.0

1.0%1010

%100

028.1028.01

aa

tdtd

RR

Reemplazar en la ecuación 4 y 5

4.0*)1028.1(

)10(*)4.01(*)1028.1(*21)('

028.1

1)(

nnf

nfn

7 Fuente: Elaboración propia


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16

Tiempo óptimo

0,60

0,65

0,70

0,75

0,80

0,85

0,90

0,95

1,00

1,05

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

N

f(n)

f'(n) f(n)

f'(n)

Figura 4: tiempo óptimo

Nop = 6 años reemplazar en la ecuación (1)

dia

lt

dia

lt

dia

ques

que

ltQop

que

lt

ques

npreparacio

nespreparacio

turno

turnos

dia

dia

hr

hr

seg

seg

ltQop

tcQiQop top

95009504tan4

*tan

2376

tan2376

tan2

1*

2

1*

2

1*

1

8*

1

3600*66.0

)028.01(*56.0)1(* 6

dia

ltQop 9500

3.4 Clasificación del intercambiador

Lo primero que hay que determinar al seleccionar el intercambiador es el tipo de intercambio de calor que se debe producir en el equipo. Dicho en otras palabras, no se comportan de igual forma un fluido que intercambia calor sin cambio de fase que un fluido que intercambia calor con cambio de fase. Los casos más comunes de intercambio de calor:

Figura 5: Los casos más comunes de intercambio de calor


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17

3.4.1 Intercambiador de calor (serpentín)

Un intercambiador de serpentín es un simple tubo que se dobla en forma helicoidal y se sumerge en el líquido. Se usa normalmente para tanques y puede operara por convecino natural o forzada. Debido a su bajo costo y rápida construcción se improvisa fácilmente con materiales abundantes en cualquier taller de mantenimiento. Usualmente se emplea tubería lisa de ¾ a 2 pulgadas. También en caso de ampliación se puede añadir otro serpentín a lado del anterior serpentín sin desechar ningún otro material.

Figura 6: Intercambiador de calor ‘serpentín’

3.4.2 Intercambiador de serpentín por placas

Los intercambiadores de serpentín por placas es mas conocido como: intercambiadores compactos de espiral, estos se pueden aplicar en casos en los que los fluidos no ensucian o ensucian muy poco, porque su contracción no permite la limpieza mecánica, para poder limpiar habría que desarmar el equipo y volver a soldar. No se pueden realizar ampliaciones del intercambiador en caso de refrigerara mas. No se pueden usar cuando algunas de las corrientes son corrosivas, debido a que no se pueden reemplazar las partes dañadas. Ventajas: - Presentan coeficientes de transferencia globales mas elevados. - No tiene puntos de estancamiento de ninguna de las corrientes a diferentes de los intercambiadores de casco y tubos que generalmente las tiene. - Ocupa mucho menos espacio que los intercambiadores de caso o tubos. Debido a la velocidad constante que se mantiene en ambas corrientes es improbable el depósito de sólidos en suspensión.


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Figura 7: Intercambiador de calor ‘Serpentín por placas’

3.5 Clasificación del refrigerante

Es cualquier cuerpo o sustancia que actúa como agente de enfriamiento absorbiendo calor de otro cuerpo o sustancia.

Con respecto al ciclo compresión-vapor, el refrigerante es el fluido de trabajo del ciclo el cuál alternativamente se vaporiza y se condensa absorbiendo y cediendo calor, respectivamente. Para que un refrigerante sea apropiado y se le pueda usar en el ciclo antes mencionado, debe poseer ciertas propiedades físicas, químicas y termodinámicas que lo hagan seguro durante su uso.

No existe un refrigerante “ideal” ni que pueda ser universalmente adaptable a todas las aplicaciones. Entonces, un refrigerante se aproximará al “ideal”, solo en tanto que sus propiedades satisfagan las condiciones y necesidades de la aplicación para la que va a ser utilizado.

3.5.1 Amoniaco

Uso como refrigerante en instalaciones de alimentos, producción de hielo y almacenamiento en frío.

Aunque el amoníaco es tóxico, algo inflamable y explosivo bajo ciertas condiciones, sus excelentes propiedades térmicas lo hacen ser un refrigerante ideal para fábricas de hielo, para grandes almacenes de enfriamiento, etc., donde se cuenta con los servicios de personal experimentado y donde su naturaleza tóxica es de poca consecuencia.

El amoníaco es el refrigerante que tiene más alto efecto refrigerante por unidad de peso.

El punto de ebullición del amoníaco bajo la presión atmosférica estándar es de -2,22°C, las presiones en el evaporador y el condensador en las condiciones de tonelada estándar es de -15°C y 30°C son 34,27 libras por pulgada* y 169,2 libras por pulgada* abs..


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19

En la presencia de la humedad el amoníaco se vuelve corrosivo para los materiales no ferrosos.

El amoníaco es fácil de conseguir y es el más barato de los refrigerantes.

Su estabilidad química, afinidad por el agua y no-miscibilidad con el aceite, hacen al amoníaco un refrigerante ideal pare ser usado en sistemas muy grandes donde la toxicidad no es un factor importante.

3.5.2 Refrigerante 22

Conocido con el nombre de Freón 22, se emplea en sistemas de aire acondicionado domésticos y en sistemas de refrigeración comerciales e industriales incluyendo: cámaras de conservación e instalaciones para el procesado de alimentos: refrigeración y aire acondicionado a bordo de diferentes transportes; bombas de calor para calentar aire y agua. Se pude utilizar en compresores de pistón, centrífugo y de tornillo.

El refrigerante 22 (CHCIF) tiene un punto de ebullición a la presión atmosférica de 40,8°C. Las temperaturas en el evaporador son tan bajas como 87°C. Resulta una gran ventaja el calor relativamente pequeño del desplazamiento del compresor.

Aunque el refrigerante 22 es miscible con aceite en la sección de condensación a menudo suele separársele del aceite en el evaporador.

No se han tenido dificultades en el retorno de aceite después del evaporador cuando se tiene el diseño adecuado del serpentín del evaporador y de la tubería de succión.

3.5.3 Refrigerante 123

Es un sustituto viable para el freón 11 como refrigerante.

Las propiedades termodinámicas y físicas del refrigerante 123 en conjunto con sus características de no-inflamabilidad lo convierte en un reemplazo eficiente del Freón 11 en chillers centrífugos.

El refrigerante 123 fue diseñado para trabajar en equipos nuevos existentes. Cuando se considere u reacondicionamiento para refrigerante 123 de un equipo existente, debe considerarse el ciclo de vida útil del equipo, la diferencia de costo de operación y mantenimiento y el costo de reacondicionamiento.

Los equipos nuevos que han sido diseñados para trabajar con el refrigerante 123 tienen menor costo de operación comparada con los equipos existentes.

Debido a que tiene un olor tan leve que no se puede detectar por medio del olfato es necesaria una verificación frecuente de fugas y la instalación de detectores de fugas por áreas cerradas utilizadas por el personal. Se comercializa en tambores de 283,5kg, tambores de 90,72kg y tambores de 45,36kg. Su composición en peso es de 100% HFC-123.


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

20

3.6 Diseño del serpentín

3.6.1 Calculo de la longitud y altura total del serpentín

terefrigeranliquidoi

donde

TTcpmq

TTcpmq

Rk

x

hhU

TT

TT

TTTTT

TU

qATAUq

qqqq

iEiSii

o

g

o

OHSOHEOHOH

o

p

o

D

Mioo

iEOHS

iSOHE

iEOHSiSOHE

o

T

o

o

T

o

g

o

p

o

:

:

)5........().........(**

)4........().........(**

)4......(........................................111

)3......(..........

)(

)(ln

)()(

)2(..............................*

**

)1..(....................

2222

2

2

22

ln

ln

ln

3.6.2 Cálculo del coeficiente convectivo exterior oh

Hallar la longitud total del serpentín

)9....(..............................*5.1

)8(........................................2

)7....(..........*

)6....(..........)*2(* 22

O

H

o

dp

Dr

dpNH

prNL

Donde: L: longitud total del serpentín N: numero de vueltas del serpentín p: espacio del serpentín de centro a centro como indica en la figura:3 DH: diámetro del serpentín en el tanque (ver figura 3) do: diámetro externo del serpentín (ver figura 3)


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

21

DT: diámetro total del tanque

Figura 8: Esquema del serpentín

Hallar el volumen ocupado por el serpentín

Hallar el volumen total del tanque Donde:

)14.....(..........***4

)6()7(

)13......(....................*

)12.....(....................**4

2

2

NpDV

ecuacionenEcuación

NpH

HDV

TT

TT

)11.......(..........)*2(***4

)10()7(

)10.......(....................**4

222

2

prNdV

ecuaciónenEcuación

LdV

oS

oS


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

22

Hallar el volumen disponible para el fluido

Hallar el diámetro equivalente

)18...(..........

)**2(*

)**2(**

)**2(***

)**2(****4

*4

)17()16()6(

)17.(..............................**

*4

22

2222

22

2222

prd

prdpDDe

prNd

prdpDN

De

ecuaciónenyEcuaciones

Ld

VDe

o

oT

o

oT

o

f

Resolver la ecuación (16)

mDe

De

73.0

)0334.0*5.1()2/4.0**2(*0334.0

)0334.0*5.1()2/4.0**2(*0334.00334.0*5.1*8.0

22

2222

Calcular el Reynolds

)20......(..............................

)19....(....................*

Re max

f

fA

Qv

vDe

Donde: vf: velocidad del fluido De: diámetro equivalente v: viscosidad cinemática Q: Caudal de lamentación del fluido al tanque

calcular el área del fluido

)16.......(..........)**2(****4

)15()14()11(

)15(....................

2222 prdpDNV

ecuaciónenyEcuaciones

VVV

oTf

STf


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

23

)25......(..........

)()((4

)20()24(

)24.........()()((4

)21(23)22(Re

)23.......(........................................

)22......(.........................................

)21..(....................(4

222

222

1

2

2

1

2

2

2

oHoHT

f

oHoHTf

oHH

oHH

HHTSTf

dDdDD

Qv

enEcuación

dDdDDA

ecuaciónenyecuacionesemplazar

dDD

dDD

DDDAAA

mmS

S

dSSSS

ecuaciónenvDS

Sv

imavelocidad

dpS

mDS

D

D

TTLD

f

D

T

oL

HT

216.0206.0

2

0334.04.0

2

4.00501.0

)27.......(..........22

)19()26.......(....................*)(*2

max

0501.00334.0*5.1*5.1

4.0

2/12

2

0

2/12

2

max

Datos:

seg

m

seg

LtQ

mD

mD

mmmD

mmmd

H

T

i

o

3

00066.066.0

4.0

8.0

0266.06.26

0334.04.33

Tprom = (Te+Ts)/2 = (18+2)/2 = 10°C


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

24

seg

mE

Chrm

kcalk

segm

kg

Ckg

kcalcp

m

kg

CCf

CfCf

CfCf

2

1010

1010

10310

6011.14.9Pr

504.0794.1

002.17.999

Tabla 10: Propiedades del agua8 Reemplazar datos

)28..(..............................Pr*Re*

35.11716011.1

73.0*0016.0Re

0016.00014.0*)0334.0206.0(*2

4.0

36.0

max

max

m

UD CN

E

seg

mv

Donde: Transferencia de calor ‘Frank Incropera’ pagina C: 0.6 y m: 0.58 Reemplazar datos:

Chrm

kcalh

d

kNh

N

o

o

UDo

UD

º8.1221

0334.0

504.0*81

)29.......(....................*

814.9*1171*6.0

2

36.058.0

Chrm

kcalho

º8.1221

2

3.6.3 Cálculo del coeficiente convectivo interior

8 Fuente: Ocon - Tojo tabla A-5


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

25

)29....(....................

*

)(**

)(**)(**

)54(

2222

2222

iE

ii

o

OHSOHEOHOH

o

iS

iEiSii

o

OHSOHEOHOH

o

T

cpm

TTcpmT

TTcpmTTcpm

yecuacioneslasIgualar

Datos:

Para un Tprom del líquido refrigerante: Amoniaco

Figura 9: Propiedades del líquido refrigerante9

Reemplazando datos en la ecuación (29):

CCT

T

Si

Si

º0º2.0

)10(3186*22.1

)218(*002.1*3600*7.999*00066.0

Calcular el reynolds

9 Fuente: Tablas de Ocon Tojo

C hr m

kcal k

hr m

kg

C kg

kcal cp

m

kg

C T f C T f

C T f C T f

430 . 0 .32 . 13

22 . 1 0 . 885 3

hr

kg

hr

seg

m

kg

seg

mQm

seg

m

seg

ltQ

ii

o

i

i

31863600*885*001.03600*

001.01

3

3

3


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

26

)32........(..........

**

*4

Re

)30()31(

)31(....................

4

)30(....................**

Re

2

i

i

i

i

i

i

i

ii

i

iii

D

Q

ecuacióenEcuación

D

Q

A

Qv

vD

Reemplazar datos en la ecuación (32)

turbulentoflujo1000Re

11449.32.13

885*0266.0*

001.0*4

Re

Con Re= 11449 de la figura 24 (libro de transferencia de calor ‘Kern’, pagina

950) HJ 45

)36......(..........*5.31*.*

**

)35()34(

)35......(..........*5.31*

)34.....(*

**

)33(....*

Pr

)33..(..........Pr**

3

1

3

1

3

1

H

i

i

ii

i

iHiC

H

iiiC

i

ii

i

iHi

i

ii

i

iHi

D

D

k

cp

D

kJh

ecuacionenEcuación

D

Dhh

k

cp

D

kJh

ecuacionenk

cp

D

kJh


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

27

)38.......(**5.31*.*

**

)37()37(

)37..(....................*

3

1

0

0

o

i

H

i

i

ii

i

iHi

o

iiCi

d

D

D

D

k

cp

D

kJh

ecuaciónenEcuación

d

Dhh

Reemplazando datos en la ecuación (36)

Chrm

Kcalhic

º66.2396

0334.0

0266.0*

4.0

0266.0*5.31*

43.0

32.13*22.1

0266.0

430.0*45

2

3/1

Chrm

Kcalhi

*º*66.2396

20

De tabla 12 (libro de transferencia de calor ‘Kern’. Pagina 950) el Factor de obstrucción es:

003.0DR y también para el material de cobre el coeficiente de conducción es Mk 332

Kcal/m2ºC*hr

m

Ddx io 0034.0

2

0266.00334.0

2

Reemplazar en la ecuación (4)

kcal

Chrm

U

U

º004.0

1

004.0003.0332

0034.0

66.2396

1

8.1221

11

2

Reemplazar datos y resultados en la ecuación (3)

lnln * TFcT C

15799.14.

))10(2(

)018(ln

))10(2()018(ln

T

1515*1ln CT

Reemplazar resultados en la ecuación (2)

2996.1004.0*15

75.7485A


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

28

22mA

Calcular en número total de vueltas

123.15258.1*0334.0*

2

N

16N

Calcular la altura total, reemplazando en la ecuación (7)

cmH

mH

84

835.00334.00334.0*5.1*16

Las caracteristicas son:

Características del tubo de diámetro de: ¾ ’’ Sistema: Agua-Amoniaco Alimentación del refrigerante: 0.5 Lt/seg Temperatura de entrada del refrigerante Te: -10ºC ================================================== El numero de vueltas del serpentín N = 34 El Longitud total del serpentín L(m) = 42.23 Altura total que se requiere del serpentín H (m) = 1.37 Diámetro del tanque DT(m) = 0.8 Diámetro del serpentín en el tanque DH(m)= 0.4 Espacio de altura entre el serpentín p (m)= 0.04

Tabla 11: Características del diseño

Figura 10: Especificación del Serpentín Figura 11: vista transversal de la tubería


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

29

3.7 Dimensionamiento del tanque

Figura 12: Diemensionamiento del tanque enfriador

mBD

B

mtD

t

mHD

H

mDD

D

W

T

W

P

P

P

P

H

P

P

H

P

067.08.0*12

1

12

1

056.028.0*5

1

5

1

13.04.0*3

1

3

1

28.04.0*7.07.0

Calcular la potencia requerida para girara el impulsor del agitador

HpP

WattP

P

quimicoingenierodelManualNyrpmN

DNNP

P

pP

5.0

6.365

28.0*5.5*7.999*7.1

7.15.5

***

53

53

3.8 Conclusiones

Lo primero que se hizo fue identificar el tipo de intercambiador a diseñar, observando las ventajas y desventajas de dos intercambiadores según lo propuesto para la industria:

- Intercambiador de calor ‘Serpentin’.


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

30

- Intercambiador de calor ‘Placa espiral’ Considerando las mejores ventajas se tuvo que elegir el intercambiador de calor ‘Serpentin’

Para elegir el tipo de refrigerante a utilizar en el intercambiador de calor, se tuvo que observar las propiedades físicas que se tiene cada refrigerante, y para ello se elaboro un programa en matlab, que tiene la opción de cambiar los datos del refrigerante, en la que se tienen mejores resultados con el refrigerante amoniaco y según sus propiedades físicas, a una temperatura de entrada -10ºC

Para considerar el tipo de material de la tubería, se considera que es para un producto alimenticio, y a demás que el amoniaco es muy corrosivo para metales como ser el cobre en especial, considerando todas estas observaciones se elige el material acero inoxidable.

El diámetro de la tubería, según las construcciones indicadas del serpentín llega a determinarse: ¾‘’ y una alimentación de 1.8 m/hr.

Realizando todas estas consideraciones mediante referencias se realiza el diseño obteniéndose los siguientes resultados:

Las dimensiones del tanque agitador y su potencia requerida del agitador:

3.9 Recomendaciones


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

31

- Para realizar la construcción, con estas especificaciones se deberá realizar la compra del material con las siguientes consideraciones: la longitud total requerida del serpentín más la altura total del serpentín para que tenga una sola dirección de entrada y salida.

- A demás sugerir para no utilizar mucho refrigerante, recircular el amoniaco y en la

parte superior tener un sistema eléctrico que enfrié el refrigerante que se calentó en medio del proceso.

Figura 13: Sugerencia del intercambiador para enfriarlo

- Para la construcción de la torre de desorción, sugiero que se realice en los tanques

de preparación, es decir realizar algunas modificaciones , como aumentar una bomba de vacío, hermetizar el tanque, también para la pulverización del agua cambiar el aspersor de los tanques por un aspersor que tenga mejor distribuidor de las gotitas del agua y solo utilizar para cada preparación de las gaseosas, cada especificación y para la elaboración de los jugos simplemente no utilizar la bomba de vacío y cambiar el aspersor anterior.


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

32

VISTA ISOMETRICA DEL SERPENTIN


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

33


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

34

CORTE ISOMETRICA DEL SERPENTIN

VISTA LATERAL DEL SERPENTÍN


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

35

VISTA DE ARRIBA DEL SERPENTÍN

CORTE LATERAL DEL SERPENTÍN


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

36

CORTE DE LA TUBERÍA DEL SERPENTÍN

DIMENCIONES DEL MEZCLADOR


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

37


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

38


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

39

INDICE 1.1 Antecedentes ......................................................................................................... 2

1.1.1 Localización de la planta ................................................................................. 2 1.2 Estructura organizacional ....................................................................................... 3

1.2.1 Gerente General: ............................................. ¡Error! Marcador no definido. 1.2.2 Gerente Administrativo: ................................... ¡Error! Marcador no definido. 1.2.3 Área de producción: ........................................ ¡Error! Marcador no definido. 1.2.4 Área de ventas: .............................................. ¡Error! Marcador no definido. 1.2.5 Laboratorio ...................................................... ¡Error! Marcador no definido.

1.3 Descripción del proceso .......................................... ¡Error! Marcador no definido. 1.3.1 Proceso Tratamiento de agua: Para realizar el tratamiento de aguas se tiene las siguientes etapas: ...................................................... ¡Error! Marcador no definido.

1.3.1.1 Desinfección por cloro y Sedimentación del agua .... ¡Error! Marcador no definido. 1.3.1.2 Filtro de arena .......................................... ¡Error! Marcador no definido. 1.3.1.3 Filtro del carbón activo – Adsorción ......... ¡Error! Marcador no definido. 1.3.1.4 Desinfección con la luz ultra violeta ......... ¡Error! Marcador no definido. 1.3.1.5 Almacenamiento del agua Tratada ........... ¡Error! Marcador no definido.

1.3.2 Elaboración del producto ................................. ¡Error! Marcador no definido. 1.3.2.1 Preparación de los insumos (aditivos) ...... ¡Error! Marcador no definido. 1.3.2.2 Caramelización ........................................ ¡Error! Marcador no definido. 1.3.2.3 Mezclado ................................................. ¡Error! Marcador no definido.

1.3.3 Envasado, Etiquetado y almacenamiento ........ ¡Error! Marcador no definido. 2 CONTROL DE DESGASTE DE AGUA EN LA PLANTA DE INDUSTRIAS ALIMENTICIAS ‘IALVI’ .................................................................................................................................... 3

2.1 Introducción ............................................................................................................ 3 2.2 Objetivo .................................................................................................................. 3

2.2.1 Objetivo general ............................................................................................. 3 2.2.2 Objetivos específicos ...................................................................................... 3

2.3 Determinar e identificar los puntos de consumo en la planta ‘IALVI’ ....................... 4 2.4 Datos y resultados obtenidos. ................................................................................ 5 2.5 Observaciones ..................................................................................................... 11 2.6 Conclusiones ........................................................................................................ 11 2.7 Recomendaciones. ............................................................................................... 12

3 DISEÑO DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR ......................................................... 13 3.1 Introducción .......................................................................................................... 13 3.2 Objetivos .............................................................................................................. 13

3.2.1 Objetivo general ........................................................................................... 13 3.2.2 Objetivos específicos .................................................................................... 13

3.3 Capacidad óptima ................................................................................................ 13 3.3.1 Determinación de la taza de crecimiento ...................................................... 13 3.3.2 Determinar el Tiempo óptimo ........................................................................ 15

3.4 Clasificación del intercambiador ........................................................................... 16 3.4.1 Intercambiador de calor (serpentín) .............................................................. 17 3.4.2 Intercambiador de serpentín por placas ........................................................ 17

3.5 Clasificación del refrigerante ................................................................................ 18 3.5.1 Amoniaco ..................................................................................................... 18


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

40

3.5.2 Refrigerante 22 ............................................................................................. 19 3.5.3 Refrigerante 123 ........................................................................................... 19

3.6 Diseño del serpentín ............................................................................................ 20 3.6.1 Calculo de la longitud y altura total del serpentín .......................................... 20

3.6.2 Calculo del coeficiente convectivo exterior oh .............................................. 20

3.6.3 Calculo del coeficiente convectivo interior .................................................... 24 3.7 Simulación del diseño del serpentín ‘En Matlab’ .... ¡Error! Marcador no definido.

3.7.1 Codificación del programa ............................... ¡Error! Marcador no definido. 3.7.2 Corrido del Programa ...................................... ¡Error! Marcador no definido.

3.8 Dimensionamiento del tanque .............................................................................. 29 3.9 Conclusiones ........................................................................................................ 29 3.10 Recomendaciones ................................................................................................ 30

INDICE DE FIGURAS

INDICE DE FIGURAS

Figura 1: Organización de la planta ............................................................................................ 3

Figura 2; Esquema de la ubicación de las piletas ....................................................................... 4

Figura 3: Tendencia de la población urbana ............................................................................. 14

Figura 4: tiempo óptimo ........................................................................................................... 16

Figura 5: Los casos más comunes de intercambio de calor ...................................................... 16

Figura 6: Intercambiador de calor ‘serpentín’ .......................................................................... 17

Figura 7: Intercambiador de calor ‘Serpentín por placas’ ........................................................ 18

Figura 8: Esquema del serpentín ........................................................................................ 21

Figura 9: Propiedades del líquido refrigerante .................................................................. 25

Figura 10: Especificación del Serpentín Figura 11: vista transversal de la

tubería ............................................................................................................................... 28

Figura 12: Diemensionamiento del tanque enfriador ............................................................... 29

Figura 13: Sugerencia del intercambiador para enfriarlo ......................................................... 31

Figura 14: limpieza de los tanques ........................................... ¡Error! Marcador no definido.

Figura 15: Desgaste y fuga del agua en las duchas ............... ¡Error! Marcador no definido.

Figura 16: Pesaje, homogenización de insumos y caramelización del jugo . ¡Error! Marcador

no definido. Figura 17: Envasado, y embotellado y lavados en las duchas, los jugos . ¡Error! Marcador no

definido.

Figura 18: Etiquetado y empaquetado del producto terminado ..... ¡Error! Marcador no

definido.

INDICE DE TABLAS

Tabla 1: Consumo de agua en el segundo piso ..................................................................... 6 Tabla 2: Consumo de agua en el primer piso ........................................................................ 6 Tabla 3: Consumo de agua en el segundo piso ..................................................................... 8 Tabla 4: Consumo de agua en el primer piso ........................................................................ 8 Tabla 5: Consumo de agua en el segundo piso ................................................................... 10 Tabla 6: Consumo de agua en el primer piso ...................................................................... 10 Tabla 7: Consumo de agua en el servicio personal .............................................................. 11 Tabla 8: Población urbana 2000-2030 ................................................................................. 14


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

41

Tabla 9: Población urbana 2010-2020 ................................................................................. 14 Tabla 10: Propiedades del agua .......................................................................................... 24 Tabla 11: Características del diseño .................................................................................... 28 Tabla 12: Inventario del material del laboratorio ..................... ¡Error! Marcador no definido. Tabla 13: Inventario realizado en el laboratorio....................... ¡Error! Marcador no definido.

Fabrica de Refrescos Industrias

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