EVAPORADORES. María Claudia Romero, Natalia Ballesteros, Julián Vargas Echeverry

Transcripción

1 EVAPORADORES María Claudia Romero, Natalia Balletero, Julián Varga Echeverry Objetivo general Aplicar, analizar y comprobar experimentalmente lo principio undamentale de tranerencia de calor en un evaporador de un olo eecto y de doble eecto, y comprender u uncionamiento báico. Objetivo epecíico Determinar el coeiciente total de tranerencia de calor del intercambiador de calor de cada uno de lo evaporadore. Comparar la capacidade y la economía de lo evaporadore de uno y do eecto. Identiicar la variable má importante del itema y comprender lo modelo matemático y ecuacione que permiten hacer cálculo de evaporadore. Comparar la eiciencia para evaporadore en uno y do eecto. Reumen La evaporación e uno de lo principale ejemplo de tranerencia de calor por lo que en u etudio e muy importante comprender todo lo enómeno íico involucrado y por lo general e ua en lo proceo químico de la indutria. Su principal objetivo e concentrar una olución que uele er aguaacuoa, eliminando vapor que e orma al hervirlo para decartar el agua?. Hay operacione en la que el vapor e el producto principal, pero por el contrario, e habitual encontrar ejemplo como la concentración de jugo de caña, la glicerina o con leche. E obvio que en eto ejemplo la olución concentrada e el producto deeado ó de interee, mientra que el vapor generado e decarta. La evaporación debe tener en cuenta alguno actore importante relacionado con la propiedade íica y química de la olución que e etá tratando concentrar, aí como la caracterítica má importante de un evaporador on la capacidad y la economía. Abtract Evaporation i one o the main example to heat traner o it tudy i very important to undertand all the phyical phenomena involved and uually it' ued in the chemical procee indutry? No e dice lo que e pretende. It main objective i concentrate a olution which i uually water?, removing the team ormed by boiling to dipoe o the water?. There are operation where the team i the prime product; but on the other hand, It uual to ind example like the concentration o cane juice, glycerin or milk. It' obviou in thee example that the concentrated olution i the product o interet or deired, while the team generated i dicarded. The evaporation ought to take into account ome important actor related to phyical and chemical propertie o the olution who

2 it' trying to make more concentrated a well a the mot important characteritic o an evaporator are the ability and the economy. Keyword: Heat exchanger, evaporator, concentration, team, economy. Dato Experimentale Temperatura del agua de alimentación o C Preión del laboratorio 86.2kPa Para un eecto Variable Valor leído P Lab (mmhg) P 2 (pig) 1 T 2 ( F) 204 R 2 (ml/) 0 Mv 2 (ml/) R 2 (ml/) 0 Mv 2 (ml/) M? Nota: lo valore de Mv 1, Mv 2 y M ueron obtenido haciendo un promedio de 5 muetra tomada, ademá para el eecto doble la temperatura de ello ueron F, F y 95 F repectivamente. Temperatura de lo condenado para un eecto? Para do eecto Variable Valor leído P Lab (mmhg) P 1 (pig) 6 P 2 (pig) 2 T 1 ( F) 210 T 2 ( F) 204 R 1 (ml/) 0 R 2 (ml/) 0 Mv 1 (ml/) Mv 2 (ml/) M (ml/) S 1 (cm) 1.5 S 2 (cm) 0.8 m = lujo de condenación del vapor vivo aturado a preión P 2 = 4.076x10-3 kg/. Qué denidad uaron? m v = lujo de generación de vapor de la olución= x10-3 kg/. Qué denidad uaron? Modelo de Cálculo y Reultado Para un eecto 1. Etimar el calor perdido al ambiente: =m m m C (T T ) Donde: m = lujo de alimentación de agua (rotámetro), i no hay ecape de agua entonce m = mv= x10-3 kg/. = calor latente de condenación del vapor vivo aturado a P 2 = kJ/kg.NO TUVIERON EN CUENTA LA PRESIÓN ATMOSFÉRICA

3 = calor latente de vaporización del agua a la P atm (e conidera que el equipo unciona a P atm )=2257kJ/kg Cp = calor epecíico de la olución diluida (para nuetro cao agua)=4.18 kj/kgk Leída a qué T? T eb = Temperatura de ebullición de la olución (agua) a la P atm =100ºC Eta no e la T de ebullición en Medellín. Ademá, eta e la T que e lee en el tanque T = T 2. Temperatura de agua ría alimentada al tanque S 2 = ºC Eta T e 26.2 C 1. Cálculo de la economía de un olo eecto (evaporador 2): = m m 2. Etimación del coeiciente total de tranerencia de calor Un: U n mvλv+ m Cp ( T = A( T T ) eb T U n : Coeiciente de tranerencia de calor para la tranerencia neta. 3. Etimación del coeiciente total teórico de tranerencia de calor: = m ( ) Donde: U: Coeiciente total teórico de tranerencia de calor. A: Área de tranerencia de calor para lo 37 tubo de diámetro interior= 1.27cm, epeor=0.13cm y longitud= 1.448m. (A)= 2.356m 2 (T - T ): e la dierencia global de temperatura, donde T e la temperatura del ) vapor vivo aturado a P 2 = pi.? T S =217.65ºF=103.14ºC. 4. Cálculo de la capacidad de evaporación por unidad de área de tranerencia de calor. = m 5. Cálculo del conumo de vapor = 1 1 Para do eecto: 1. Cálculo de la economía para el evaporador de doble eecto: m Donde: m v1 : lujo de vapor generado en un olo eecto m v2 : lujo de vapor en el doble eecto m : lujo de condenado de vapor vivo 2. Cálculo de la capacidad de evaporación por unidad de área: Reultado: 1. Para un olo eecto: a) Calor perdido al ambiente: =(4.076x10 3) kg kJ kg

4 (2.819 x10 3) kg 2257kJ (2.819 x10 3)kg kg kj 4.18 kgk ( )K =3.407kJ/ Problema con el lambda, con la temperatura de alimentación. Ojo con lo exponente 10-3 e muy ditinto de 10-3 b) Economía: = m x10 3 kg/ = m 4.076x10 3 kg/ kg vapor generado = kg vapor vivo = 3 kg/ m. /. ) Conumo de vapor: conumo de vapor= =1.196x10 conumo de vapor= 1 1. /. =1.73x10 kg/ m c) Etimación del coeiciente total de tranerencia de calor Un: Para do eecto: g) Economía: U n (2.819 x10-3) kg/* 2257kJ/kg = m2( )º C m (2.819x10-3) kg/*4.18kj/kgk( )ºC 2.356m2( )ºC El cálculo etá mal qué ecuación e uó?=0.359 º d) Etimación del coeiciente total teórico de tranerencia de calor: = 4.076x10 3kg kJ/kg 2.356m2( )ºC Problema con el lambda y con la temperatura =0.550 º e) Capacidad de evaporación por unidad de área: = m ( )mL = ml = Ojo: calcular la economía con lo lujo volumétrico en lugar de lo lujo máico involucra cierto grado de error, debido a que etrictamente hablando la denidad no e la mima. En ete cao el error no e muy igniicativo debido a que la temperatura de lo dierente condenado on muy imilare. h) Capacidad de evaporación por unidad de área: La unidade no correponden a la dada en la deinición de capacidad.

5 = Análii de Reultado ( )mL (2.356 m ) =,9953 ml m Para un eecto imple el calor perdido al ambiente e muy repreentativo comparado con la energía que entra con el vapor vivo de donde e deduce que ete arreglo e poco eiciente y la economía e muy baja ya que e produce meno de 1 Kilogramo de vapor por cada Kilogramo de vapor vivo. En el eecto doble e ve que la economía e mayor que en el eecto imple lo que valida la hipótei de que e aprovechado mejor la corriente de vapor vivo y de vapor producido en un itema con má de un eecto. Toda la corriente líquida y de vapor e encuentran en etado de aturación cuando el itema etá trabajando en etado etable. Por lo tanto la entalpía on la de agua líquida o vapor aturado; La denidad el agua tiene una pequeña variación con repecto a la temperatura in embargo e ua un promedio que e adecuado a en ete cao. La variacione en la preión del vapor producido por la caldera provocan cambio en la propiedade del vapor vivo que aectaran el reto de la cantidade medida y produce inetabilidad en el itema. El agua de alimentación idealmente debería entrar a la temperatura ambiente, pero eta agua e acumulada en un tanque de alimentación que etá en contacto con el vapor producido haciendo que eta e caliente y en conecuencia incrementa la temperatura de la corriente de alimentación, lo que reulta beneicioo ya que el equipo requiere meno vapor para elevar la temperatura del agua hata u punto de ebullición dentro de lo tubo haciendo má eiciente la evaporación y el gato energético menor. Idealmente ambo evaporadore erían iguale in embargo exiten cierta dierencia tale como la cantidad de ólido depoitado, pequeña dierencia en la dimenione la cuale hacen que el coeiciente global de tranerencia U ea ditinto. Impacto Ambiental y Coto de Operación En la operación de ete intercambiador e altera la temperatura del ambiente circundante, lo que generar condicione de operación meno adecuada para la perona que lo manipulan, la uga preente en la rede de tubería del dipoitivo generan deperdicio de agua. El conumo energético e uno de lo actore de impacto ambiental y coto de operación que requieren má cuidado, el conumo energético de ete equipo etá etrechamente relacionado al conumo y eiciencia energética de la caldera que lo alimenta, la cual trabaja por combutión de un hidrocarburo, produciendo contaminación por decarga de gae de eecto invernadero al ambiente. Apecto de Seguridad Para la operación de ete dipoitivo e muy importante contar con uno guante, ya alguna upericie e calientan, por lo que e de uma importancia recorrer el equipo con cuidado y tener preente que el intercambiador de calor de tubo y coraza e debe purgar ante de iniciar la operación. Caua de Error Ya que el equipo no cuenta con dipoitivo de medición de lo lujo de alida del

6 equipo, e tiene que recurrir al método de balde-cronometro cronómetro el cual depende mucho de la percepción y pericia de la perona que lo etá operando, convirtiéndoe eto en un actor de error igniicativo. Lo errore propio del equipo, e debe a la alta de mantenimiento ya que no permite u optima óptima operación, la incrutacione en lo tanque y la tubería del equipo producen una mayor reitencia térmica y mayore pérdida ricciónale repectivamente. Ademá alguno de lo dipoitivo de medición de lujo y preión no etán operando adecuadamente cauando lectura errónea. Bibliograía INCROPERA, Frank P y DEWITT David, Fundamento de tranerencia de calor, 4 edición, Editorial Wiley, 1996, EUA. D. Kern, Proceo de tranerencia de calor. Primera edición. McGraw- Hill Company. New York Smith, J.M., Van Ne, H.C. y Abott M.M. Introducción a la termodinámica para ingeniería química. Mc Graw Hill. México EVAPORADORES Ítem evaluado Obervacione Nota Objetivo e introducción Lo objetivo diieren de lo dado en la guía. No hay introducción 2,5 10 Abtract y palabra clave Dato obtenido tabulado y correpondencia con el preinorme Palabra clave bien. El abtract no correponde al reumen. Se mencionan ólo concepto y no e dice nada en relación al inorme % inorme 3,0 7 5,0 7 Bien Cálculo Modelo Bien 5,0 12 Reultado Tabulado Hay problema en la mayoría de lo cálculo 2,0 17 Dicuión y análii Bien. Hay apecto que no e tocan: no e comparan lo U ni la capacidade 4,0 22 Concluione No hay 1,0 12 Bibliograía A lo largo del inorme no e epeciica el uo de la bibliograía. 4,0 7 Preentación del inorme Ojo con la redacción y con el uo de lo exponente en la notación cientíica 4,5 6 NOTA FINAL 3,3