dISEO DE PLANTAS QUIMICAS

dISEO DE PLANTAS QUIMICASIntercambiador de calor

Profesor: Dr. Jos Silva Villanueva Integrantes:Yalta Novoa JesusDe La Cruz Zegarra AnthonyAlfaro Castaeda Omar Aguilar Gil JoseCueva Cumpa Katy

Calentamiento contino de una lechada de cal en un tanque agitado, una lechada de cal se calienta por bombeo a travs de un tanque de calentamiento bien agitado. La temperatura de entrada de la lechada es y la temperatura de la superficie externa del serpentn de vapor es . Use los smbolos siguientes (Bird, Stewart, Lightfoot, pg 565, Fenmenos de transportes):

Nomenclatura:Smbolosignificadounidades

densidad, salidakg/m^3

Vvolumen, salidam^3

Uenerga interna total, salidaJ/kg

Kenerga cintica total, salidaJ/kg

energa potencial total, salidaJ/kg

Foflujo volumtrico, entradam^3/s

odensidad, entradakg/m^3

Uoenerga interna total, entradaJ/kg

Koenerga cintica total, entradaJ/kg

oenerga potencial total, entradaJ/kg

Fflujo volumtrico, salidam^3/s

E(sistema)energa total acumuladaJ/kg

Qrcalor generado por reaccin qumicaJ/s

Qscalor cedido por el fluidoJ/s

Wtrabajo J/s

Wstrabajo de ejeJ/s

PpresinN/m^2

Eoenerga total a la entradaJ/m^3

Eenerga total a la salidaJ/m^3

Hentalpia del vapor J/kg

Cpcapacidad calorfica J/kgC

hentalpia del lquidoJ/kg

volumen especfico m^3/kg

TTemperatura del fluido frioC

Ts Temperatura del fluido calienteC

Ucoeficiente total de transferencia de calorW/m^2C

Area total de transferencia de calorm^2

1) Modelo matemtico El Balance de una cantidad que se conserva (masa total, masa de una especie determinada, energa, momentum) en un sistema (una sola unidad de proceso, un conjunto de unidades o un proceso completo) se puede escribir de manera general como:

. El sistema es un intercambiador de calor:

Figura 1: intercambiador de calor de flujo cruzadoBalance de energa en el sistema:

Donde:

[2.3]

Reordenando las ecuaciones 2.1, 2.2, 2.3, 2.4 y 2.5 en 2, se tiene:

Consideraciones:1- No existe variaciones de altura en el sistema, es igual a cero.2- No existe variaciones energa cintica, es igual a cero.3- No se cuenta con un agitador en el sistema, es igual a cero.4- No ocurre reaccin qumica, por lo tanto no se produce calor por reaccin, es igual a cero.5- Se trata de fluidos lquidos, por lo tanto no hay cambios en la densidad, constante. 6- Considerando el volumen constante para los fluidos, constante.Por lo tanto el modelo general es:

La entalpia del lquido es minscula, y del vapor mayscula, considerando . Reacomodando la ecuacin 3:

Introduciendo la ecuacin nmero 4 en 5: De acuerdo a la relacin de maxwell de la variacin de entalpia con respecto a la temperatura a presin constante:

Integrando la ecuacin 7, considerando que el es promedio y constante

Si,, entonces reemplazando 10 en 9

Ecuacin n 11, modelo matemtico general para el intercambiador de calor.Modelo matemtico para el perfil de temperaturas en el intercambiador de calor:

Figura 2: sistema (intercambiador de calor) Modelo matemtico para el perfil de temperatura del fluido frio

Modelo matemtico para el perfil de temperatura del fluido caliente:

Como el fluido caliente cede energa en forma de calor al fluido frio, entonces se tiene:

Pero

Por lo tanto el modelo general para el flujo caliente y el flujo frio es:a) Fluido frio:

b) Fluido caliente:

La simulacin se hizo con el paquete de Matlab (Simulink)

Figura: Interfaz grfica del intercambiador de calor de flujo cruzado

Figura: Simulacin 1

Figura 2: Simulacin 2

Figura 3: Simulacin 3

Modelamiento y Simulacin de un intercambiador de calorPgina 2