Intercambiador de calor Producción de cerveza
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Intercambiador de calorProducción de cerveza
Alumno
Paulo Arriagada
Profesor
Francisco Gracia C.
Profesor Auxiliar
Felipe Díaz A.
Miércoles 27 de marzo de 2013
IQ3202 – Fenómenos de Transporte
Desarrollar un intercambiador de calor. Determinar condiciones de operación,
geometría y tiempo de intercambio. Condiciones:
- Rápido- Barato- Eficiente
Descripción del problema
Tubos concéntricos con flujo contracorriente.
Tubo interno lleva el mosto de la cerveza. Tubo externo lleva agua fría.
Geometría adoptada
Figura 1: Geometría del problema.
Mosto entra a 100°C. El agua se mantiene a 15°C constantes. El mosto se modela como agua. Diferencia de presión constante a lo largo
del tubo. Se modela una tubería rectangular. La transferencia de calor por las paredes del
tubo es perfecta.
Supuestos generales
Aplicando la ecuaciones de Navier-Stokes, se llega a la ecuación:
Variación de momentum
Figura 2: Perfil de velocidades.
Supuestos:◦ Estado estacionario◦ Fluido incompresible◦ Solo existe velocidad en el eje y (largo de la
tubería)◦ Vy depende de la posición en el eje x◦ Tubería horizontal, entonces solo existe gravedad
en el eje z
Variación de momentum
Se aplican las ecuaciones diferenciales, que se desprenden de la ecuación general de energía:
Variación de energía
• Son resueltas mediante un esquema de diferencias finitas FTCS (Forward Time Centered Space).
Variación de energía
Figura 3: Perfil de temperatura en una tubería de 2,2 [cm] de grosor, en el tiempo en que se alcanzan 20°C en el centro.
Variación de energía
Figura 4: perfiles de temperatura a lo largo del ancho de la tubería.
Supuestos:◦ Esfuerzos de corte nulos◦ Fluido incompresible◦ No hay reacciones químicas
Variación de energía
Ancho tubería: 2.2 [cm]. Largo tubería: 110 [cm] = 1.1 [m]. Tiempo del proceso: 2100 [s]= 35 [min].
Resultados
Se tiene que
Problemas
Condiciones de estabilidad de esquema FTCS:
Con el D anterior, se tiene:
=>
Problemas
Asumir la temperatura de las paredes como constante.
Modelar la tubería como rectangular. Despreciar la resistencia del tubo a la
transferencia de energía.
Ética