Evaporadores ECONOMÍA TÉRMICA

Transcripción

1 Evaporadores ECONOMÍA TÉRMICA INTRODUCCIÓN ECONOMÍA A NIVEL NACIONAL ECONOMÍA A NIVEL EMPRESA Curso: Transferencia de Calor y Masa 2 Ing. J. Martínez Garreiro, MSc 1 Ing. J. Martínez Garreiro, MSc 2 ECONOMÍA TÉRMICA Múltiples efectos Múltiples efectos Principio de operación Recomprensión Operación Ing. J. Martínez Garreiro, MSc 3 Ing. J. Martínez Garreiro, MSc 4 1

2 Limitaciones Inversión APE Ing. J. Martínez Garreiro, MSc 5 Ing. J. Martínez Garreiro, MSc 6 Trasmisión de calor Despreciando calores sensibles: Q 1 = Q 2 =Q 3 Por razones económicas: A 1 = A 2 = A 3 Definiciones Capacidad Comparar triple efecto vs. 3 simples efecto Economía Por lo tanto: U 1.ΔT 1 = U 2.ΔT 2 = U 3.ΔT 3 Ing. J. Martínez Garreiro, MSc 7 Ing. J. Martínez Garreiro, MSc 8 2

3 Cocorriente Formas de operación Contracorriente Mixta Paralelo Dimensionamiento Tipo de evaporador y número de efectos Consumo de vapor Área de transferencia Carga de vapor que pasa al condensador Temperatura en los efectos Economía de vapor Ing. J. Martínez Garreiro, MSc 9 Ing. J. Martínez Garreiro, MSc 10 Información de partida Composición inicial y final Alimentación (Temp y caudal) Propiedades físicas y químicas de la solución Vacío disponible (temp. Agua y flujo de agua disponible) Vapor disponible (calidad, presión) Métodos de cálculo Algebraico: 2 N + 1 ecuaciones (N: Nº efectos) 1 balance global de masa N ec. De balance de calor N ec. De transferencia Incógnitas Consumo de vapor (1) Temperatura de los efectos (N-1) (último efecto conocido) Área de transferencia (1) Flujo másico en cada efecto (N) Ing. J. Martínez Garreiro, MSc 11 Ing. J. Martínez Garreiro, MSc 12 3

4 Métodos de cálculo No algebraico Se define el número de efectos a partir de procesos similares y se obtienen coeficientes aproximados de tablas KERN: dividir el potencial térmico total entre el número de efectos COATES Y PRESSBURG: Q 1 = Q 2 = Q 3 A 1 U 1.ΔT 1 = A 2 U 2.ΔT 2 = A 3 U 3.ΔT 3 Problemas operativos Vacío insuficiente Aumento en la temperatura del agua Inadecuado contacto vapor/agua Problemas con el vapor motriz de los eyectores Caída de presión entre último efecto y condensador (se recomienda que sea menor a 1 Hg) Fallas mecánicas (problema en juntas) Incrustaciones Arrastre excesivo Ing. J. Martínez Garreiro, MSc 13 Ing. J. Martínez Garreiro, MSc 14 Incremento de la economía por agregado de un efecto LA ECONOMÍA DISMINUYE COMPARATIVAMENTE AL AUMENTAR EL Nº DE EFECTOS Consumo de vapor con N-1 efecto: V N-1 =E/(N1) E/(N-1) Consumo de vapor con N efectos: V N = E/N VN 1 VN 1 = V N N 1 Ing. J. Martínez Garreiro, MSc 15 Ing. J. Martínez Garreiro, MSc 16 4

5 Aprovechamiento del condensado Como líquido, trasmitiendo calor sensible Purgas de vapor Normalmente se aprovechan en precalentamiento P 1 P 2 P 3 Flash y aprovechamiento como vapor X VAPOR CALEFACCIÓN Ing. J. Martínez Garreiro, MSc 17 Ing. J. Martínez Garreiro, MSc 18 E T = 3.X+P P P 3 DESARROLLAR EN EL PIZARRÓN ECONOMÍA POR USO DE PURGAS: P 2 ' P P V V = Diseño óptimo Inversión vs. costo vapor Vacío final vs. temperatura y costo del agua de refrigeración Materiales de construcción vs. calidad del producto, vida útil, especificaciones de calidad de producto Extracción de purgas Ing. J. Martínez Garreiro, MSc 19 Ing. J. Martínez Garreiro, MSc 20 5

6 Recompresión Se recomprime el vapor para aumentar su temperatura de saturación, y se lo ingresa a la calandria (ó camisa) Ejemplo: Se evapora una solución a 15 psia, generando vapor con H 1 = 1151 btu/lb Se lo comprime isentrópicamente hasta 20 psia (quedando sobrecalentado) H 2 =1172 btu/lb Energía consumida H 2 H 1 = 21 btu/lb Al saturar y posteriormente condensar el vapor a 20 psia, se generan 960 btu/lb Ing. J. Martínez Garreiro, MSc 21 Ing. J. Martínez Garreiro, MSc 22 Tipos Recompresión mecánica Recompresión mecánica Recompresión térmica Ing. J. Martínez Garreiro, MSc 23 Ing. J. Martínez Garreiro, MSc 24 6

7 Recompresión mecánica Tipos de compresores Reciprocantes: pequeñas capacidades Rotatorios: (lóbulos, tornillos, paletas) los más usados (capacidades de 300 a ft 3 /min) Centrífugos: para capacidades altas ft 3 /min Axiales: para capacidade superioes a 10 6 ft 3 /min Requerimintos: Electricidad Mantenimiento Recompresión mecánica (cont.) Eficiencias de compresión de 66% (a falta de informcación epecífica) Relaciones de compresión habituales 2:1 ó 1:4 14 Limitante del APE Ing. J. Martínez Garreiro, MSc 25 Ing. J. Martínez Garreiro, MSc 26 Termocompresión Termocompresión Requiere vapor de alta presión (mayor a 75 psig) Ing. J. Martínez Garreiro, MSc 27 Ing. J. Martínez Garreiro, MSc 28 7

8 Dimensionamiento Recomprsión mecánica: se calcula el trabajo isentrópico y se lo afecta de la eficiciencia de compresión Recompresión térmica: se utilizan las gráficas de P descarga vs. W v, motriz /W v,succionado (paramétricas de la presión de succión y la presión del vapor motriz) Ing. J. Martínez Garreiro, MSc 29 Ing. J. Martínez Garreiro, MSc 30 Ciclo de bomba de calor Ciclo de bomba de calor Concentración de jugos cítricos, productos farmacéuticos Temperaturas de 55ºC Ing. J. Martínez Garreiro, MSc 31 Ing. J. Martínez Garreiro, MSc 32 8

9 Ing. J. Martínez Garreiro, MSc 33 9