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