miércoles, 29 de abril de 2009

Visita a Empresa

Cuarto Frio


Mi visita se dio a un super 6 en donde se utiliza un cuarto frió para mantener tanto alimentos, como frutas, carnes, bebidas, etc. frescas, para que se conserven por mas tiempo y para que los alimentos no se echen a perder en poco tiempo y así que no haya perdidas para la empresa de sus productos, y así exista una comodidad para los clientes siempre y cuando este funcione adecuadamente.

El cuarto frió funciona por aire forzado estos contienen unos ventiladores en su interior para que estos garanticen que quede espacio suficiente para que el aire frío circule por todo el interior del contenedor.En el enfriamiento con aire forzado puede ser usado efectivamente en la mayoría de los productos empacados y consiste en la adición de unos ventiladores al cuarto frío explicado anteriormente, para incrementar la velocidad de enfriamiento, haciendo circular aire por los productos, con lo que el método es más rápido en un 75 a 90% que el cuarto frío solo. Cuando se adicionan estos ventiladores a un cuarto frío ya construido, es necesario incrementar el tamaño de la unidad de refrigeración, para “acomodar” la carga inicial de calor. Es de gran utilidad equipar a los ventiladores con termostatos, que los apaguen antes de que se llegue a una temperatura que deseque el producto, logrando reducir los consumos de energía y las pérdidas de agua del producto. El enfriamiento con aire forzado puede ser muy eficiente y es una manera efectiva de incrementar la velocidad de remoción de calor del cuarto frío. Las temperaturas en el cuarto frió las cambian tanto en invierno como en verano para que este se mas efectivo en verano lo ajustan a de 0 a 10 oC y en invierno lo ajustan de 7 a 15 oC asi en cuarto frio no pierde efectividad y asi pueden mantener sus productos por mas tiempo en el.



El cuarto frió funciona con las sig. Partes: que son evaporador, condensador, compresor y los ventiladores. Estas tienen la sig función:
EvaporadorUn refrigerante en forma líquida absorberá calor cuando se evapore, y este cambio de estado produce un enfriamiento en un proceso de refrigeración. Si a un refrigerante a la misma temperatura que la del ambiente se le permite expansionarse a través de una boquilla con una salida a la atmósfera, el calor lo tomará del aire que lo rodea y la evaporación se llevará a cabo a una temperatura que corresponderá a la presión atmosférica.


Compresor
El proceso de refrigeración implica un circuito cerrado. A1 refrigerante no se deja expansionar el aire libre Cuando el refrigerante va hacia el evaporador este es alimentado por un tanque. La presión en el tanque será alta, hasta que su presión se iguale a la del evaporador. Por esto la circulación del refrigerante cesará y la temperatura tanto en el tanque como en el evaporador se elevará gradualmente hasta alcanzar la temperatura ambiente. Para mantener una presión menor y con esto una temperatura más baja, es necesario sacar el vapor del evaporador. Esto lo realiza el compresor el cual aspira vapor del evaporador. En términos sencillos, el compresor se puede comparar a una bomba que transporta vapor en el circuito del refrigerante.En un circuito cerrado a la larga prevalece una condición de equilibrio. Para ampliar más este concepto tenemos que ver si el compresor aspira vapor más rápidamente, que el que se puede formar en el evaporador, la presión descenderá y con esto la temperatura en el evaporador. Por el contrario, si la carga en el evaporador se eleva el refrigerante se evaporará más rápidamente lo que producirá una mayor presión y por esto una mayor temperatura en el evaporador.

Condensador El refrigerante deja su calor en el condensador y el calor es trasferido a un medio que se encuentra a más baja temperatura. La cantidad de calor que suelta el refrigerante es el absorbido en el evaporador mas el calor recibido por el trabajo de compresión. El calor se transfiere a un medio que puede ser aire ó agua, el único requisito es que su temperatura sea más baja que la correspondiente a la presión de condensación del refrigerante. El proceso en el condensador de otra manera se puede comparar con el proceso en el evaporador, excepto que tiene el "signo" opuesto, es por consiguiente el cambio de estado de vapor a líquido.



A estos cuartos frios se les tiene que dar un mantenimiento de:



Mueble externo:

Limpiar con trapo seco.
De haber manchas resistentes limpiar con agua caliente y detergentes neutros.
Secar bien después de limpiar.


Paredes internas
Descongelar el equipo.
Usar agua con detergentes neutros, no usar productos corrosivos ni jabones



Partes de plástico

Lavar con agua tibia y eventualmente con jabón neutro.
Partes de acero inoxidable
Limpiar con un trapo seco
De haber manchas persistentes, usar un trapo húmedo con un producto adecuado para el acero



Vidrios
Limpiar con un trapo seco,
De haber manchas persistentes usar un trapo húmedo con un producto adecuado para los vidrios.
Nunca utilizar manguera, ni chorro directo de agua, pues causara el empañamiento de las vidrieras.



Unidad de condensación
Limpie cada mes el condensador de su equipo mediante el uso de una brocha o cepillo para remover el polvo.
Para remover grasa usar liquido especial



En el cuarto frió la parte posterior permite el acceso a los niveles de exhibición, bandejas y bodega mediante puertas de un tamaño ideal para acceder a los productos sin perder frío. Puertas independientes para la bodega, con contrapuertas que permiten almacenar productos pequeños. Cuenta con iluminación interior para una adecuada exhibición del producto. Posee un sistema de refrigeración por aire forzado en la zona de exhibición y sistema no-frost para la zona de congelación. Cada mes el equipo debe apagarse y descongelarse para efectos de limpieza y mantenimiento. La acumulación de escarcha afecta negativamente las condiciones de funcionamiento de su equipo. Para entrar al cuarto frio los empleados deben de utilizar una chamarra para su proteccion.



martes, 28 de abril de 2009

Proyecto Personal







31. ENFRIADOR DE POLIPROPILENO LIQUIDO


Especificaciones generales del proceso:

Flujo caliente: Propileno liquido a 35 bar. de presión, flujo de 50 kg/s, que será enfriado desde una temperatura de entrada de 113 ªC hasta 38 ªC a un tanque de almacenamiento. No hay contaminación.
Refrigerante: Agua bien tratada desde una torre de enfriamiento a 27 ªC en verano y 17 ªC en invierno. La temperatura de salida no excederá 50 ªC. emplear una resistencia a la contaminación de 0.00018 (W/m2 K)-1. Sobre diseñar un 25% de superficie. Mantener una velocidad del flujo de 1.5 m/s como mínimo y 3 m/s como máximo para prevenir erosión. Para una caída de presión de 100 kPa existe una tolerancia de 10%.
Especificaciones de la construcción: Se requiere una longitud máxima de los tubos de 10m, los cuales serán de una aleación 0.5 de Cr en posición horizontal con arreglo multi tubular simple.
Tipo de intercambiador de calor y localización del fluido: debido a que el butano está a alta presión, se requiere una construcción de concha y tubo. El agua se colocará a ¾” en tubos rectos para limpieza.


Se va a utilizar el siguiente método:

Método LMTD para análisis de intercambiadores
Es de suma importancia calcular la relación total de transferencia de calor Q. Δtm puede determinarse aplicando un balance de energía a un elemento diferencial de superficie dA en los fluidos frío y caliente. La temperatura del fluido caliente caerá en dth y la del fluido frío en dTc en dA para contra flujo, pero dTc se incrementará para flujo paralelo si la dirección del flujo caliente es positiva.

Reducción del problema

Calor:

Sustancia: Polipropileno Líquido a 35 bar
Flujo masico: 50kg/s
Temperatura de entrada de la sustancia: 113 0C
Temperatura de salida: 38 0C
Calor especifico del Polipropileno: 0.48kcal/kg0C


Frió:

Temperaturas en la torre de enfriamiento:
Verano: 270C
Invierno: 170C
Temperatura de salida del refrigerante: 500C
Resistencia a la contaminación: .00018 (W/m2k)-1
Sobre diseñar a un 25% de superficie
Velocidad: min.= 1.5m/s y máx.= 3m/s
P: 100kPa
Tolerancia: 10%
Longitud máxima: 10m
0.5 cromo
Tubos simples
Carcaza y Tubo
¾” en tubos rectos


1- Se aplicara el balance de energía en el intercambiador de calor

Se calcula la transferencia de calor que habrá en el intercambiador:






2-Se calculara en flujo masico del agua:
3-Ahora se calculara la LMTD que es Método de la Diferencia de Media Logarítmica de Temperatura ósea la Temperatura Logarítmica:







Flujo frió

4-Se calcula la velocidad media del frió:


Vmin=1.5m/s
Vmax=3m/s

Vm=(Vmin+Vmax)/2

Vm=(1.5+3)/2

Vm= 2.25m/s


5-Teniendo ya la velocidad media, el flujo masico del agua y la densidad del agua se obtendrá el Área total de la corriente externa:








Ao=0.02856m2


*Esto nos indica que el refrigerante ira por fuera de los tubos





6-Con las temperaturas se sacara un factor de corrección:


R=(Th1-Th2)/(Tc2-Tc1)

R=(113oC-38oC)/(50oC-22oC)

R=2.67


S=28/63=.444


7-Se calculara el número de tubos que va a tener el intercambiador:


A=nπd2/4

d=¾”=.019050m

0.02856m2=(nπ(.019050m)2)/2

n= .02856m2(4)/π(.01905m)2

n= 100 tubitos


8-Luego se calcula el área de los tubitos de ¾”


A=πd

A=π(.019050m)

A= .0598m2

Área de los tubitos


9-Se obtendrá con la siguiente ecuación el coeficiente de transferencia de calor externo:

Resistencia de contaminación = 0.00018(W/m2oK)-1




Uo=Coeficiente de transferencia de calor externo

Uo= 1/.00018= 5555W/m2oK


10-Con el coeficiente de transferencia de calor externo se calculara la resistencia térmica del intercambiador:


R=Resistencia Térmica

R= 1/(UoAo)

R= 1/(5555W/m2oK *0.02856m2) = 0.0063W/oC


11- El agua a 22oC

Kcr=Conductividad térmica del cromo

Kcr= 93.7 W/moK = 93.7 W/moC

Rfo=Factor de incrustacion

Rfo= 0.0001m2oC/W (Tabla 11-2)

Vm= 2.25m/s


12-Se calculara el diámetro exterior del tubo:

13-Agua a 22oC

μ= Viscosidad

μ= 1.002x10-3 kg/ms

ρ=Densidad

ρ=1000 kg/m3

Pr=numero de Prandtl

Pr=7.01


14- Con la densidad y la viscosidad del agua se calculara la velocidad dinámica:


ν= velocidad dinámica

ν= μ/ρ

ν= 1.0002x10-3 kg/ms / 1000kg/m3

ν= 1.0003x10-6 m2/s


15-Teniendo la velocidad media y el diámetro exterior del tubo y la velocidad dinámica se puede obtener el número de Reynolds:

Re= numero de Reynolds

Re= VmDo/ ν


Re= (2.25m/s)(.190693m)/ 1.0003x10-6 m2/s

Re= 476589.52



16- Con el numero de Reynolds se aplica la siguiente condición:

Pr= numero de Prandtl

Re>Pr

1.5


ho= 1115473.85 W/m2oC




18- Con el flujo masico del agua y el área total de la corriente externa se calculara la velocidad masica del frió:

Gfrio=Velocidad masica

Gfrio= m/Ao

Gfrio= 64.28 kg/s / 0.02856m2

Gfrio= 2250.70 kg/m2s


19- Con la velocidad masica , el diámetro exterior y con la viscosidad se podrá calcular el factor de fricción:

f= factor de fricción

f= 0.0035+0.264/(DoG/μ)0.42

f= 0.0035+0.264/(0.190693*2250.70/1.002x10-3)0.42

f= 0.004638

20- Con el factor de fricción, la densidad, la velocidad masica y el diámetro exterior se calcula la caída de presión del frió en el intercambiador:

ΛF= Caida de presion del frio


ΛF= (4fGfrio2L)/(2gρ2do)


ΛF= (4*0.0046382*10m)/(2(9.81)(1000)2(0.190693)

ΛF= 0.251184Pa



Flujo caliente



21-Se calculara el área interior de los tubos por donde circulara el flujo caliente:

di= ¾”=0.019m

Ai= área interna

Ai=πd2/4= π(0.019)2/4

Ai= 0.000284m2

22- Con el área interna y la resistencia térmica se calculara el coeficiente interno de transferencia de calor:

Ui= coeficiente interno de transferencia de calor

Ui= 1/RAi

Ui= 1/(0.0063)(0.000284m2)

Ui= 558909 W/m2oK


23- Se calculara la temperatura calorífica del flujo caliente:

Tc= temperatura calorífica del flujo caliente

Tc=Th2+.4(Th1-Th2)

Tc= 38oC+.4(75oC)

Tc= 68oC


El diámetro interior de los tubitos del intercambiador por donde circule el flujo caliente será de ¾” con un paso triangular de 15/16” y serán 100 tubitos los que este tenga será de doble paso ósea contra flujo:









24- Se obtendrá la separación de los tubitos:


Separación de tubo= 15/16-3/4= 3/16” = 0.0047m

25-Con el flujo y el área interior se calculara la masa de velocidad del flujo caliente:


Gcaliente=Masa de velocidad

Gcaliente= m/Ai

Gcaliente= (50kg/s)/(0.000284m2)

Gcaliente= 176056.33 kg/m2s


26- Con la velocidad dinámica ya calculada y la densidad del polipropileno se podrá calcular la viscosidad del polipropileno:


μ= viscosidad del polipropileno

μ= Vdin(ρ)

μ= (1.0003x10-6m2/s)(1657kg/m3)

μ= 0.001657 kg/ms


27-El número de Reynolds se podrá calcular con el diámetro interior, la masa de velocidad del flujo caliente y la viscosidad del polipropileno:


Re= DiGcaliente/μ

Re= (0.019m)(176056.33)/0.001657kg/ms

Re= 2018750.91

*El flujo en el intercambiador será turbulento



28- Con los datos anteriores también se puede calcular el factor de fricción:


f= .00140+.125/(diGcaliente/μ)0.32

f= 0.00140+.125/((0.019*176056.33)/0.001657)0.32

f= 0.0026


29- Se calculara la caída de presión en el flujo caliente con la viscosidad del polipropileno, su masa de velocidad, su densidad y su diámetro interior:


ΛF= Caida de presion del flujo caliente


ΛF= 32(μ)(Gcaliente)/g(ρ)2(di)2

ΛF= 32(0.001657)(176056.33)/9.8(1657)2(0.019)2

ΛF= 0.012286


30- El coeficiente de transferencia de calor interno se calculara con la transferencia de calor que hay en el intercambiador el área interna de los tubitos y la diferencia de temperaturas en su interior (en el flujo caliente):


hi= coeficiente de transferencia de calor interno

hi= q/AiΛi

hi= 1800/(0.000284m)(75oC)

hi= 84507042.25



31-Se calculara el coeficiente de transferencia de calor interno en el intercambiador con los coeficientes de transferencia tanto interno como externo:


Utotal= coeficiente de transferenca de calor para el intercambiador

Utotal= 1/((1/hi)+(1/ho))

Utotal=1/((1/84507.04)+(1/1115473.85))

Utotal= 78555.74W/m2oC


32- Con la transferencia de calor, el coeficiente total de transferencia de calor y la temperatura media logarítmica se calculara el área total del intercambiador:

Atotal=área total del intercambiador

Atotal= q/Utotal*ΛTm

Atotal=(1800kcal/s)/78555.74W/m2oC*47.70oC

Atotal= 4.80m2





Intercambiador de calor de coraza y tubos