Control de procesos
Enviado por María Isabel ZF • 14 de Diciembre de 2019 • Tareas • 752 Palabras (4 Páginas) • 94 Visitas
[pic 1][pic 2]
Problema 10
Intercambiador de calor de contacto indirecto (doble tubo) con flujo caliente de entrada de 200 L/min a 60 ºC y de flujo frío de 40 L/min a 10 ºC. El intercambiador consta de tubos de 1 ¼ ‘’ y 2.5’’ y 60 pies de largo. El coeficiente de transferencia de calor es de 200 btu/h ºF pie2. Se requiere que el fluido caliente salga a 50 ºC.
Diagrama P&ID del sistema
[pic 3]
Para efectos del desarrollo del ejercicio es necesario hacer cálculos previos:
Cálculo de y :[pic 4][pic 5]
[pic 6]
[pic 7]
[pic 8]
[pic 9]
[pic 10]
[pic 11][pic 12]
[pic 13]
Cálculo de área de transferencia (:[pic 14]
[pic 15]
[pic 16]
[pic 17]
Dato | Valor | Unidad |
Diámetro interno | 0,1042 | [pic 18] |
Diámetro externo | 0,2083 | [pic 19] |
Largo del tubo | 60 | [pic 20] |
Coeficiente global de transferencia | 200 | [BTU/h °F [pic 21] |
Temperatura entrada fluído caliente (t2) | 60 | [°C] |
Temperatura entrada fluído frío (t1) | 10 | [°C] |
Flujo fluído frío (F1) | 84,75 | /h][pic 22] |
Flujo fluído caliente (F2) | 423,78 | /h][pic 23] |
Set point | 50 | [°C] |
Densidad | 62,4 | [lb/][pic 24] |
Calor específico | 1 | [BTU/lb °F] |
Nota: Se asume que la densidad y el calor específico de ambos fluídos permanecen constantes.
Desarrollo de modelo
Como bien se sabe acumulación = entra – sale ± generación, por lo tanto, el balance global queda:
[pic 25]
Esta ecuación se utilizará para hacer un balance de energía al fluido caliente y al frio respectivamente. Además, se asume que ambos fluidos son el mismo por ende tienen la misma densidad y calor especifico.
Por otro lado, se sabe que la ecuación de transferencia de calor es:
[pic 26]
: Área de transferencia de calor (área del tubo interior)[pic 27]
U: Coeficiente de transferencia de calor
: Temperatura de salida del flujo caliente[pic 28]
: Temperatura de salida del flujo frío[pic 29]
Entonces considerando lo anterior, el balance de energía para el fluido frio queda:
[pic 30]
Luego considerando las variables constantes (Densidad, volumen, temperatura de inicio y calor específico) y reemplazando (2):
[pic 31]
Realizando el mismo procedimiento para el caso del fluido calienta queda:
[pic 32]
Pero en este caso el calor restando, ya que, el fluido caliente cede calor.
Análisis grados de libertad
El análisis de los grados de libertad del sistema se realiza para poder obtener un valor de variables determinado, en las que se encuentran: variable manipulada y perturbaciones.
GRADOS DE LIBERTAD | ||
V.I | 4F, 4T, Q | 9 |
E.B | 2BE | -2 |
V.E | - | 0 |
R.A | F2=F3 | -3 |
Total Grados de libertad | 4 |
Donde:
- V.I: Variables indicadas
- E.B: Ecuaciones de balance
- V.E: Variables especificadas (el valor será 0 en cualquier caso debido a que lo primordial en estos ejercicios es controlar el sistema sin importar los valores de datos).
- R.A: Relaciones adicionales, basadas en relaciones entre variables.
Al realizar el análisis, se determina que hay cuatro variables que afectan el valor que adquiere la variable controlada. Tres de ellas son perturbaciones y una es la variable manipulada.
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