Bases para el diseño de calentadores de jugo en azucar

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BASES PARA EL PROGRAMA DE DISEÑO DE CALENTADORES DE JUGO.

Un programa de diseño de Calentadores de Jugo debe proveer las siguientes características:

I. Datos de entrada.

Los siguientes son los datos que deben suministrarse para el diseño:

1. Cantidad de Jugo, Toneladas por Hora.
2. Temperatura de entrada y salida de Jugo.
3. Temperatura del vapor.
4. Característicasde los tubos: diámetro externo, espesor, cantidad, longitud, y material.
5. Número de tubos por paso.
6. Número de pasos.
7. Área de calentamiento.

II. Datos calculados.

1. Coeficiente de transmisión de Calor.
2. Temperatura de salida del jugo en función del tiempo de trabajo.
3. Horas de operación para una temperatura dada de jugo de salida.
4. Caída de presión através del banco de tubos.

III. Cálculos necesarios.

1. Cantidad de Vapor necesario.

Sea:

mj: Masa de Jugo, Mezclado ó Clarificado.
cp: Capacidad calórica específica: 1 – 0.007 Brix.
t2: Temperatura de salida del jugo.
t1: Temperatura de entrada del jugo.
Δt: Diferencia de temperatura: t2 - t1.

De aquí se deduce:

Cantidad deCalor ganado por el jugo = Q = mj . cp . Δt ., ( 1 )

La cantidad de vapor depende de la presión del mismo. Siempre se considera que se usa vapor saturado, de Escape ó Vapor Vegetal proveniente de alguno de los evaporadores. Cuando los calentadores reciben el jugo en paralelo la presión del vapor es la misma. Cuando el jugo entra en serie la presión de vapor es diferente y el vaporde mayor presión trabaja en la última etapa. Obsérvese que a mayor presión es menor el Calor de Condensación λ y recíprocamente. Por lo tanto, si se busca un menor consumo será necesario usar vapor de menor presión en donde la limitante será la temperatura del mismo con respecto a la temperatura de salida del jugo caliente. La diferencia entre estos dos valores es la diferencia llamada “ terminal” que influye de manera importante en el tamaño del calentador. Usualmente esta diferencia se espera que sea de 5°C ó 9°F.

Por consiguiente, si λ es el Calor de Condensación del Vapor, la cantidad de vapor proveniente del mismo se calcula según la siguiente ecuación:

Calor cedido por vapor = mv. λ ’ mj. cp. Δt = Calor ganado por el jugo., ( 2 )

De aquí se deduce:Cantidad de vapor = Q / λ ., ( 3 )

Valores usuales de λ son los siguientes:

|Vapor |Escape |VV I |VV II |VV III |VV IV |VV V |
|T ( °C ) |121.0 |113.9 |105.6 |95.2 |81.1 |55.0 |
|T ( ° F )|250.0 |236.7 |221.2 |202.5 |177.1 |131.0 |
|Presión,bar |2.05 |1.61 |1.21 |0.84 |0.49 |0.16 |
|λ, ΒΤU/lb |945.7 |954.8 |964.5 |976.36 |991.94 |1019.23 |

Para elcaso de un programa, es necesario usar una función que permita calcular el Calor de Condensación en términos del dato de temperatura del vapor a utilizar. Una de estas funciones es la de P.G. Wright:

2
λ ’ 2493.96 – 2.07468.Tv – 0.00296. Tv kJ/kg ., ( 4 )

Para convertireste valor a BTU/lb el factor de conversión es el siguiente:

1 kJ/kg = 0.4299 BTU/lb

Ejemplo de aplicación: Para T = 121 °C = 250.0 °F.

2
λ = 2493.96 – 2.07468 x 121 - 0.00296. ( 121 ) = 2199.59 kJ/kg
= 2199.59 x 0.4299 =...
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