Post on 15-Jul-2015
Contenido
• Enunciado del problema.
• Datos del problema.
• Resolución del problema (recirculación del 75%).– Balance de agua
– Balance de contaminantes
– Diagrama de flujo
– Costos
• Gráfica.
• Conclusiones.
Enunciado del problema
Una planta utiliza 40 m3 h-1 de agua de proceso con unaconcentración en contaminantes máxima de 0.1 kg m-3. Elsuministro de agua bruta tiene una concentración encontaminante de 0.05 kg m-3. Optimizar el sistemareutilización de aguas (R) para esta planta basándonos en uncosto de agua bruta de 10 pesos/m3.Utilizar los datos de la gráfica al estimar los costos de losprocesos de tratamiento que se deberían llevar a cabo. Elcontaminante no es volátil y la máxima descarga permitida almedio receptor debe ser inferior a 8 kg h-1. Suponga que serecicla el 75 % de la carga alimentada a la planta y que laspérdidas debido a evaporación son despreciables. Paraestimar los costos del tratamiento considere la gráfica1.
Datos de problema
Datos del problema
Resolución del problema (balance de agua)
• Se considera una recirculación del 75%
𝑅 = 0.75 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 3 = 0.75 40𝑚3
ℎ𝑟= 30
𝑚3
ℎ𝑟
• La recirculación se identifica como corriente 2.
• Posteriormente, se calcula la alimentación de agua bruta (corriente 1).𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 1 = 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 3 − 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 2 = 40
𝑚3
ℎ𝑟− 30
𝑚3
ℎ𝑟= 10
𝑚3
ℎ𝑟
Resolución del problema (balance de agua)
• A continuación, se calcula el agua que sale de la planta (fabrica o proceso): 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 4 = 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 3 − 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 8 𝑝𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎𝑠 = 40
𝑚3
ℎ𝑟− 4
𝑚3
ℎ𝑟= 36
𝑚3
ℎ𝑟
• El paso siguiente consiste en calcular la corriente 6 y 5.
𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 6 = 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 4 − 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 2 = 36𝑚3
ℎ𝑟− 30
𝑚3
ℎ𝑟= 6
𝑚3
ℎ𝑟
– Se considera que la corriente 5 y la corriente 2 son iguales y que la corriente 11 es despreciable y no considera para este problema.
Resolución del problema (balance de contaminantes)
• Calculo de contaminantes para el agua bruta𝑐𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑎𝑚𝑖𝑛𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠 ∗ 𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 1 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑏𝑟𝑢𝑡𝑎
0.05𝑘𝑔
𝑚310
𝑚3
ℎ𝑟= 0.5
𝑘𝑔
ℎ𝑟
• Calculo de contaminantes para corriente 3 (agua bruta + recirculación )
𝑐𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑎𝑡𝑎𝑚𝑖𝑛𝑎𝑡𝑒𝑠 ∗ 𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 3
0.1𝑘𝑔
𝑚340
𝑚3
ℎ𝑟= 4
𝑘𝑔
ℎ𝑟
Resolución del problema (balance de contaminantes)
• Se calculan los contaminantes en la corriente 2 (corriente de reciclaje ). 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑎𝑚𝑖𝑛𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 3 − 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑎𝑚𝑖𝑛𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 1 =
4𝑘𝑔
ℎ𝑟− 0.5
𝑘𝑔
ℎ𝑟= 3.5
𝑘𝑔
ℎ𝑟
• Se calcula el contaminante de la corriente 4𝑐𝑜𝑛𝑡𝑎𝑚𝑖𝑛𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 3 + 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑎𝑚𝑖𝑛𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 9 =
4𝑘𝑔
ℎ𝑟+ 40
𝑘𝑔
ℎ𝑟= 44
𝑘𝑔
ℎ𝑟
Resolución del problema (balance de contaminantes)
• Contaminantes en corrientes 5 y 6𝐶𝑜𝑛𝑡𝑎𝑚𝑖𝑛𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 5 = 𝑅𝑒𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑙𝑎𝑠 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠 5 𝑦 4 ∗ 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑎𝑚𝑖𝑛𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 4
30𝑚3
ℎ𝑟
36𝑚3
ℎ𝑟
44𝑘𝑔
ℎ𝑟= 36.67
𝑘𝑔
ℎ𝑟
𝑐𝑜𝑛𝑡𝑎𝑚𝑖𝑛𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 6 = 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑎𝑚𝑖𝑛𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 4 − 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑎𝑚𝑖𝑛𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 5 =
44𝑘𝑔
ℎ𝑟− 36.67
𝑘𝑔
ℎ𝑟= 7.33
𝑘𝑔
ℎ𝑟
• Contaminante en corrientes 10 y 7
𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 10 = 0𝑘𝑔
ℎ𝑟
𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 7 = 7.33𝑘𝑔
ℎ𝑟; 𝑙𝑜 𝑐𝑢𝑎𝑙 𝑒𝑠 𝑚𝑒𝑛𝑜𝑟 𝑎 𝑙𝑜𝑠 8
𝑘𝑔
ℎ𝑟𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑎𝑚𝑖𝑛𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠 𝑎𝑐𝑒𝑝𝑡𝑎𝑑𝑜𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑙𝑎 𝑛𝑜𝑟𝑚𝑎.
• Contaminante en corriente 11𝑐𝑜𝑛𝑡𝑎𝑚𝑖𝑛𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 5 − 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑎𝑚𝑖𝑛𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 2 =
36.67𝑘𝑔
ℎ𝑟− 3.5
𝑘𝑔
ℎ𝑟= 33.17
𝑘𝑔
ℎ𝑟
Diagrama de flujo
• El diagrama de flujo queda con los siguientes caudales de agua y de contaminantes:
36m3/hr44kg/hr
30m3/hr3.5kg/hr
10m3/hr
30m3/hr36.67kg/hr
6m3/hr7.33kg/hr
-- m3/hr33.17kg/hr
Costos
• Eficiencias de remoción de contaminantes.𝑐𝑜𝑛𝑡𝑎𝑚𝑖𝑛𝑎𝑡𝑒𝑠 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 11
𝑐𝑜𝑛𝑡𝑎𝑚𝑖𝑛𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 5∗ 100 =
33.17𝑘𝑔
ℎ𝑟
36.37𝑘𝑔
ℎ𝑟
= 91.2%; 𝑠𝑒 𝑟𝑒𝑑𝑜𝑛𝑑𝑒𝑎 𝑎 90%
• Calculo de costos (se usa la gráfica de costos, que se encuentra en los datos del problema).
• No se considera el costo del tratamiento del agua que se descarga, ya que la carga de contaminantes no supera a o especificado por la norma que se menciona en le enunciado del problema.
– Costo agua bruta
10𝑚3
ℎ𝑟24ℎ𝑟 10
$
𝑚3= $2,400.00
– Costo de agua recirculada
30𝑚3
ℎ𝑟24ℎ𝑟 11.25
$
𝑚3= $8,100.00
• Total = $10,500.00
Gráfica
$9,500.00
$10,000.00
$10,500.00
$11,000.00
$11,500.00
$12,000.00
$12,500.00
50 55 60 65 70 75 80 85 90
Co
sto
($
)
% de reciclaje
% de reciclaje vs costo
costo
Conclusiones
• Se descubrió que el punto óptimo derecirculación de agua es del 75%, ya que coneste caudal se evita el tratamiento del agua enla descarga final; debido a que la cargacontamínate no supera los limites máximospermisibles.