Salida fluido frío. Salida fluido caliente. Flujo paralelo 97,75 ºC Flujo contracorriente 101,99 ºC

Transcripción

1 EJERCICIOS RESUELTOS a) Cálculos calor 1. Calcular el diferencial logarítmico de temperatura en un intercambiador a flujo paralelo y flujo contracorriente, sabiendo que las temperaturas son las siguientes: Entrada fluido frío Salida fluido frío Entrada fluido caliente Salida fluido caliente + 10ºC. + 35ºC ºC. +100ºC. Resultados: Flujo paralelo 97,75 ºC Flujo contracorriente 101,99 ºC 2. En un condensador multitubular construido con tubo de cobre aleteado, tipo truffin, con una relación de superficies exterior a interior de 3,6 m 2 /m 2 se prevé, según catálogo, un coeficiente de transmisión de W/m 2 xºc, partiendo de un factor de ensuciamiento de 0,0001 m 2 xºc/ W. Si es estima que el factor de obstrucción puede ser de 0,0002 m 2 xºc/ W Como quedará afectado el coeficiente de transmisión? Resultados: Descenderá hasta 788 W/m2xºC b) Cálculos cargas térmicas 3. Calcular las infiltraciones de calor en una cámara destinada a la conservación de productos lácteos, con las siguientes prestaciones: Temperatura exterior +32 ºC Humedad relativa exterior 60 % Temperatura interior +2 ºC Humedad relativa interior 80 % Dimensiones 10 x 5 x 4 m Entrada diaria género kg Temperatura entrada +15 ºC Coeficiente transmisión medio de paredes, techo y suelo 0,27x10-3 kw/m 2 xºc Hipótesis de cálculo: Tiempo de funcionamiento 16 h/día Condiciones de uso Tráfico normal Presencia de personal 4 h/día Número de personas 2 Al ser mayoritariamente producto envasado FCS 0,95

2 Cálculos: Transmisión: Aplicación fórmula (83) S t = 2x(10x5+(10+5)x4) = 220 m 2 K = 0,27x 10-3 kw/m 2 x C t = (32-2) ºC H = 24 h/día Además, para obtener kj/día, es necesario pasar los kw (Kj/s) que tenemos a kj/h, por lo que debemos multiplicar el resultado por 3600: Q t = 2x(10x5+(10+5)x4)x0,27x10-3 x(32-2)x24x3.600 = kj/d Infiltración: Se aplica la fórmula (84). Calcularemos primero la diferencia de entalpías, para lo que usaremos la ecuación (85) y la adjunta tabla I: Entalpía aire exterior: 1x x60/100x30,76/1000+1,92x60/100x30,76/1000x32 = 79,089 kj/kg Entalpía aire exterior: 1x2+2490x80/100x4,382/1000+1,92x80/100x4,382/1000x2 = 10,742 kj/kg Diferencia entalpías: 68,347 kj/kg Se sustituye el valor hallado en la ecuación antes mencionada: Q i = (10x5x4)x50/(10x5x4) 1/2 x1,284x68,347 = kj/d Género: Se emplea la ecuación correspondiente al enfriamiento de género fresco, tomando el calor específico del género de la tabla 10 y multiplicándolo por 4,18 para transformar las Kcal/kgxºC a kj/kgxºc. Q g = 5.000x(0,9x4,18)x(15-2) = kj/d Embalaje: Se tomará en este caso, a falta de mejores indicaciones, un porcentaje del 5% del calor de mercancía. Q E = 0,05x = kj/d Calor de maduración: Es exclusivo de frutas y verduras Iluminación: Se usa la ecuación (92), debiéndose tener presente que de utilizar las unidades reflejadas en la misma hay que convertir los Watios a kw, por lo que deberemos dividir por 1.000: Q a = (0,025/1000)x3.600x(10x5) x500x4 = kj/d Se ha considerado una iluminación de 500 Lux Personal: Se utiliza la ecuación (93): Q p = 2x836x4 = kj/d

3 Ventiladores: Como en este ejercicio se desconoce la potencia y número de ventiladores, se hará una estimación de la misma mediante aplicación de la ecuación (93), suponiendo una diferencia de temperatura en el aire a su paso a través de la batería de 3 ºC y dividiendo entre las horas de funcionamiento previstas del evaporador, al objeto de encontrar el caudal horario: ΣQ = = kj/d G = x1,15x0,95/(1,254x3x16) = m 3 /h Con ello, admitiendo una presión total de servicio en los ventiladores de 20 mm y un rendimiento del 50 %, podemos estimar la potencia absorbida por los mismos, en: P m = 8.866x20/(75x(1+2/273)x3.600x0,5x1,36) 0,96 kw Y el calor cedido por los ventiladores valdrá por tanto. Q v = 0,96x3.600x16 = kj/d Suma total de cargas térmicas Potencia frigorífica necesaria = /(3.600x16) = kj/d 9,4 kw 4. Calcular las cargas térmicas que se producen en una cámara destinada a la conservación de carne de ternera congelada, con las siguientes premisas de funcionamiento: Temperatura exterior +32 ºC Humedad relativa exterior 60 % Temperatura interior -20 ºC Humedad relativa interior 90 % Dimensiones 20 x 15 x 6 m Entrada diaria género 20 % de su capacidad de almacenamiento Estiba 350 kg/m 3 Temperatura entrada del género -15 ºC Coeficiente transmisión medio de paredes, techo y suelo Hipótesis de cálculo: 0,16x10-3 kw/m 2 xºc Tiempo de funcionamiento 18 h/día Condiciones de uso Tráfico intenso Presencia de personal 10 h/día Número de personas 2 Al ser congelados se adopta FCS 0,95 Resultados del cálculo: Transmisión: Infiltración: Género: Iluminación: Personal: kj/d kj/d kj/d kj/d kj/d

4 Ventiladores: Suma total de cargas térmicas Potencia frigorífica necesaria kj/d kj/d 44,3 kw 5. Calcular la potencia frigorífica necesaria para atender una cámara destinada a la conservación de manzanas, con las siguientes premisas de funcionamiento: Temperatura exterior +32 ºC Humedad relativa exterior 60 % Temperatura interior 0 ºC Humedad relativa interior 85 % Dimensiones 12 x 8 x 6 m Entrada diaria género 10 % de su capacidad de almacenamiento Estiba 250 kg/m 3 Temperatura entrada del género +25 ºC Coeficiente transmisión medio de paredes, techo y suelo Hipótesis de cálculo: 0,27x10-3 kw/m 2 xºc Tiempo de funcionamiento 20 h/día Condiciones de uso Tráfico normal Presencia de personal 3 h/día Número de personas 1 Al ser producto sin embalar FCS 0,85 Resultados del cálculo: Transmisión: Infiltración: Género: Embalaje: Maduración I: Maduración II: Iluminación: Personal: Ventiladores: Suma total de cargas térmicas Potencia frigorífica necesaria kj/d kj/d kj/d kj/d kj/d kj/d kj/d kj/d kj/d kj/d 31,3 kw 6. Calcular la potencia frigorífica necesaria para congelar pescado, con las siguientes premisas de funcionamiento: Temperatura exterior +32 ºC Humedad relativa exterior 60 % Temperatura del aire interior -35 ºC Humedad relativa interior 95 % Dimensiones 10 x 4 x 4 m Capacidad congelación 10 Tm/d Temperatura entrada del género +5 ºC

5 Coeficiente transmisión medio de paredes, techo y suelo 0,15x10-3 kw/m 2 xºc Hipótesis de cálculo: Una vez realizado el preestudio, en el túnel se montará un evaporador que está provisto de 3 ventiladores de 3 kw Tiempo de funcionamiento 20 h/día Condiciones de uso Tráfico normal Presencia de personal 0 h/día Número de personas 0 FCS 0,85 Resultados del cálculo: Transmisión: Infiltración: Género: Ventiladores: Suma total de cargas térmicas Potencia frigorífica necesaria kj/d kj/d kj/d kj/d kj/d 58,6 kw

6 Temp. Hum. Abs. Densidad Temp. Hum. Abs. Densidad Aire en ºC Saturación aire seco Aire en ºC Saturación aire seco gr agua /Kg aire Kg/m 3 gr agua /Kg aire Kg/m , ,58 1 4,076 1, , , ,382 1, , , ,709 1, , , ,056 1, ,0395 1, ,425 1, ,0444 1, ,819 1, ,0501 1, ,238 1, ,0558 1, ,684 1, ,0631 1, ,158 1, ,0706 1, ,663 1, ,0794 1, ,198 1, ,0888 1, ,768 1, ,0994 1, ,371 1, ,1118 1, ,012 1, ,1239 1, ,692 1, ,1398 1, ,413 1, ,1540 1, ,177 1, ,1727 1, ,987 1, ,1906 1, ,845 1, ,2122 1, ,755 1, ,2351 1, ,717 1, ,2598 1, ,735 1, ,2887 1, ,813 1, ,3208 1, ,953 1, ,3537 1, ,159 1, ,3948 1, ,434 1, ,4327 1, ,782 1, ,477 1, ,207 1, ,527 1, ,713 1, ,580 1, ,304 1, ,639 1, ,984 1, ,703 1, ,760 1, ,773 1, ,635 1, ,849 1, ,615 1, ,932 1, ,706 1, ,022 1, ,914 1, ,121 1, ,245 1, ,227 1, ,706 1, ,344 1, ,304 1, ,471 1, ,049 1, ,607 1, ,945 1, ,757 1, ,006 1, ,918 1, ,232 1, ,093 1, ,649 1, ,261 1, ,259 1, ,487 1, ,060 1, ,708 1, ,086 1, ,947 1, ,328 1,1-2 3,206 1, ,831 1, ,486 1, ,584 1, ,787 1,293 Tabla I

7 c) Instalaciones una etapa 1. En una instalación frigorífica que trabajará con R-134A se precisa una potencia frigorífica de 75 kw. La temperatura de evaporación prevista es de -5º C, saliendo el refrigerante del evaporador con una recalentamiento de 7º C y recalentándose otros 5º C antes de alcanzar la aspiración del compresor, debido a la penetración de calor en la tubería, sufre además una pérdida de presión de 1º C, a causa de los rozamientos. La licuefacción se lleva a cabo mediante un condensador enfriado por aire, llegando el líquido al sistema de expansión con un subenfriamiento de 2º C. La temperatura. de condensación será de 45º C. Conociendo Datos de cálculo: Rend. indicado = 0.83 Rend. volumétrico total = 0.77 Rend. mecánico = 0.94 Situación Temperatura ºC Entalpía kj/kg Presión sat. ºC Vol. sp. l/kg Salida evaporador ,4-5 85,47 Entr. Compresor ,4-6 91,16 Entr. válv. expansión , ,882 Desc. isoentrópica , ,1 Resultados del calculo: Caudal másico (1.960 Kg/h) Desplazamiento geométrico compresor (232 m3/h) Temperatura descarga (+63,5º C) Potencia indicada (22,3 kw) Potencia necesaria en eje compresor (23,7 kw) Capacidad del condensador (100 kw) C.O.P Carnot.(5,36) C.O.P Real.(3,36) Grado de calidad.(0.627) 2. Una cámara de congelados esta atendida por una instalación frigorífica, que dispone de intercambiador de calor entre las tuberías de líquido y aspiración se trabaja con condensador evaporativo, condensando a + 35 ºC y la temperatura de evaporación será de 27 ºC, con siete grados de recalentamiento útil, requiriéndose una potencia frigorífica de 130 kw. El refrigerante usado es el R404A y con el intercambiador se desea provocar un subenfriamiento adicional de 10 ºC en el líquido condensado, que ya llega con un subenfriamiento de 2 ºC al intercambiador.. Datos de cálculo: Rend. indicado = 0.8 Rend. volumétrico total = 0.76

8 Pérdida mecánica de rozamiento en el compresor = 3 kw Situación Temperatura ºC Entalpía kj/kg Presión sat. ºC Vol. sp. l/kg Salida evaporador Dew Point 86,5 Entrada intercambiador ,9 +35 Buble Point 0,99 Salida intercambiador , ,94 Hallar: Entalpía en aspiración compresor (371,6 kj/kg) Temperatura aspiración compresor (-1,7 ºC) Temperatura del líquido antes de la válvula de expansión (+23 ºC) Capacidad del intercambiador (16,4 kw) Volumen específico aspiración compresor (94,1 l/kg) Caudal másico (3.783 kg/h) Desplazamiento geométrico del compresor (468 m3/h) Entalpía teórica de descarga según isoentrópica (416 kj/kg) Temperatura real de descarga en (+78ºC) Potencia indicada (58,3 kw) Potencia necesaria en eje compresor (61,3 kw) Capacidad del condensador (188,3 kw) C.O.P Carnot.(3,97) C.O.P Real (2,23) Grado de calidad (0,56) Atención: Para la resolución del problema tengan en consideración que los valores absolutos de las entalpías pueden diferir en función del punto de partida considerado en el gráfico o programa que se utilice, no obstante las diferencias serán las mismas. 3. En una instalación de dos etapas que trabaja con NH3 y con refrigerador intermedio del tipo abierto, la potencia frigorífica bruta del compresor de baja es de 300 kw y las condiciones de servicio son las siguientes: N SITUACION PRES. T SAT. T REAL ENT. V. ESP. 1 Ent. compr. baja 0, , Desc. isoentrópica 2, ,8 (Teórica) 1922, Entrada evap. 2, ,2 1,53 4 Entrada refrig. int. 13, ,83 1,68 5 Sal. refrig. int. 2, , Ent. compr. alta 2, , Desc. isoentrópica 13, (Teórica) 1990, La descarga isoentrópica se a las condiciones teóricas, por lo que deberá calcularse el punto real de descarga. La presión se mide en bar, la temp. en ºC, la entalpía en kj/kg. y el volumen específico en l/kg. Datos de cálculo: Rend. Indicado compresor baja = 0.85

9 Compresor baja: Compresor alta: Rend. volumétrico total compresor baja = 0.81 Rendimiento mecánico compresor baja = 0,95 kw Rend. Indicado compresor alta = 0.81 Rend. volumétrico total compresor alta = 0.77 Rendimiento mecánico compresor alta = 0,93 kw Caudal másico (847 Kg/h) Desplazamiento geométrico compresor (1.699 m3/h) Temperatura descarga (+78,5º C) Potencia indicada (53,4 kw) Potencia necesaria en eje compresor (56,25 kw) Capacidad necesaria compresor alta (353,4 kw) Caudal másico (1.155 Kg/h) Desplazamiento geométrico compresor (640 m3/h) Temperatura descarga (+125,5º C) Potencia indicada (90,5 kw) Potencia necesaria en eje compresor (97,3 kw) Capacidad del condensador (448 kw) C.O.P Carnot.(3,1) C.O.P Real.(2,08) Grado de calidad.(0.67) 7. Un compresor de tornillo que funciona con NH3, y trabajaba con el evaporador alimentado directamente con líquido a alta presión, a -17/+40 C, daba una potencia frigorífica de 300 KW. Se desea saber que modificación sufrirá la potencia frigorífica al montarse un economizador del tipo abierto, de forma que la temperatura saturada del refrigerante en la compuerta del economizador fuese de -10 C. (las entalpías son: 1.740,67kJ/kg para el vapor aspirado, 688,86 kj/kg para el líquido a la salida del condensador y 454,2 kj/kg para el líquido refrigerado). Resultado: Habrá un aumento de capacidad de 66,93 kw d) Pérdida de carga. 1. Precisamos refrigerar un recinto con las siguientes prestaciones: Potencia frigorífica 120 kw Fluido termoportador Etilénglicol agua al 30 % Temperatura media del fluido -7,5 ºC Densidad kg/m 3 Viscosidad cinemática 0,57 x 10 5 m 2 /s Calor específico 3,63 kj/kgxºc Diámetro interior del tubo previsto 82,5 mm Longitud equivalente estimada 150 m

10 Diferencial de temperatura previsto 4 ºC Datos de cálculo: Velocidad fluido 1,47 m/s Número de Reynolds Pérdida calculada 54 kpa 2. Tenemos un flujo bifásico formado por: Refrigerante R717 Caudal bombeado kg/h Caudal evaporado 288 kg/h Caudal que retorna por la aspiración en estado líquido 864 kg/h Densidad vapor 1,189 kg/m 3 Densidad líquido 674 kg/m 3 Viscosidad líquido 3,74 x 10-7 m 2 /s Viscosidad vapor 7,89 x 10-6 m 2 /s Longitud equivalente 150 m Diámetro interior tubería 82,5 mm Datos de cálculo: Método de Nelson, Lockart y Martinelli - Velocidad líquido 0,067 m/s - Número de Reynolds líquido Factor rozamiento 0,029 - Pérdida líquido 0,0119 m.c.f - Factor de flujo 0,151 - Parámetro Phi 14 - Pérdida carga flujo bifásico 9,4 kpa Método de W. Wayne Blackwell - Velocidad vapor 12,58 m/s - Número de Reynolds vapor Factor rozamiento 0, Pérdida vapor 292 m.c.f - X 0,158 - Yg 4,25 - Pérdida carga flujo bifásico 13,04 kpa Éste último resultado está más cercano a mediciones efectuadas, siempre que sea posible sera de uso preferente.

11 ALGUNOS VINCULOS RECOMENDADOS Organismos oficiales Fluidos termoportadores Fabricantes equipos