Calculos Termodinamicos

CALCULOS DE BALANCE DE MASA
La caldera tiene una capacidad de almacenamiento agua líquida de 5,75 litros
El volumen especifico del agua a 25®C υ=1.0029 m3/kg
magua=5,75×10-3m31.0029 m3kg=5,73Kg
Ahora como sabemos que un mol de agua tiene 18 gr, entonces:
5730gr×1molH2O18gr=318.77 mol h2O
CANTIDAD DE ACEITE A EXTRAER
Basados en la siguiente relación:

Y tenemos que siendo los subíndicesde a para el agua y b para el aceite:
nbna=PbPa
nb=318 mol h2o21.62mol h2omol aceite=14.74 mol aceite
CALCULOS TERMODINAMICOS
Partiendo de las condiciones de presión, temperatura y masa tenemos los siguientes estados:
ESTADO | 1 | 2 | 3 |
TEMP © | 22 | 100 | 100 |
PRESION (BAR) | 1.013 | 1.013 | 1.013 |
ENTALPIA (KJ/KG) | 96,52 | 419,04 | 2676,1 |

Ahora calculamos la cantidad decalor que se requiere para llevar el agua desde el estado 1 al estado 3. Pero antes asumimos que el tiempo que se tarda en cambiar de estados es de 20 min.
Ahora calculamos el flujo másico:
m=5.73 kg20 min×1 min60 seg=0.004775 kgs
Ahora calculamos la potencia requerida:
Qc=m×h3-h1=0.004775kgs×2676,1kjkg-96,52kjkg
Qc=12317 W
Que es el calor requerido en condiciones ideales.
Las eficiencias delas calderas se encuentran entre 78 y 82 %, tomando el promedio 80% recalculamos y tenemos
Qc=15396.25 W

CALCULOS DE CALOR PERDIDO
Para estos cálculos se calculan las áreas superficiales, clasificándolas por espesor de pared.
El área superficial comprendida en la caldera y el cono que tienen espesor de 1/8” que equivale a 0.2631 m2. Para el tubo soporte y extractor el espesor es de cal 14aprox 1.9 mm con 0.406 m2.
PARA ESPESOR 3mm
Hacemos la suposición de que es un cilindro de forma vertical con las siguientes dimensiones.

A=2.π.r.L Despejando L tengo:
L=A2.π.r=0.2631 m22.π.(0.0995 m)=0.42 m
Partiendo de las condiciones temperatura interna de 100 C y temperatura externa 22 C. tenemos:
Q3=UA×(Ti-Te)
1UA=12.π.Llnr2r1k+1r2.h
Primero empezamos calculando el h conectivo.Tomando como temperatura media Tm=(295.15 K+373.15 K)/2 = 334.15 k.
Luego calculamos.
Ra=Grl.Pr=β.∆T.g.L3ϑ2.Pr
Ra=1334.15 k×78 k×9.81 ms2×0.42319.35×10-6m2s2×0.69=3.12×108
Como Ra<109
Ψ=1+0.492Pr9/16-16/9=0.343
Ral.Ψ=1.071×108
NuL=0.68+0.67×(RaL×Ψ)1/4=68.84
Y
NuL=h.Lk Despejando h tengo.
h=k.NuLL=0.0297×68.840.42=4.86 wm2.K
Ahora reemplazo y despejo1UA=12.π×0.42ln0.09950.096515+10.0995×4.86
UA=1.22 wk
Q3=1.22×78=95.75 w

PARA ESPESOR 1.9 mm
Hacemos la suposición de que es un cilindro de forma vertical con las siguientes dimensiones.

A=2.π.r.L Despejando L tengo:
L=A2.π.r=0.406 m22.π.(0.1495 m)=0.43 m
Partiendo de las condiciones temperatura interna de 100 C y temperatura externa 22 C. tenemos:
Q1.9=UA×(Ti-Te)
1UA=12.π.Llnr2r1k+1r2.h
Primero empezamos calculando el hconectivo.
Tomando como temperatura media Tm=(295.15 K+373.15 K)/2 = 334.15 k.
Luego calculamos.
Ra=Grl.Pr=β.∆T.g.L3ϑ2.Pr
Ra=1334.15 k×78 k×9.81 ms2×0.43319.35×10-6m2s2×0.69=3.35×108
Como Ra<109
Ψ=1+0.492Pr9/16-16/9=0.343
Ral.Ψ=1.1508×108
NuL=0.68+0.67×(RaL×Ψ)1/4=70.07
Y
NuL=h.Lk Despejando h tengo.
h=k.NuLL=0.0297×70.070.43=4.83 wm2.K
Ahora reemplazo y despejo1UA=12.π×0.43ln0.14950.147515+10.1495×4.83
UA=1.94 wk
Q1.9=1.94×78=152.07 w

CALCULO CANTIDAD DE GAS.
Con los calores calculados y los perdidos calculamos la cantidad de gas necesaria.
QT=Qc+Q3+Q1.9
QT=15396.25+97.75+152.07=15646.07 w
QT=m×pc
Siendo pc el poder calórico del combustible siendo 50450 kj/kg para el propano. Y luego despejamos.
m=QTpc=15646.07 w50450000Jkg=3.101×10-4 kg
V=mρ=3.101×10-4kgs1.85kgm3=1.67 ×10-4 m3s=0.16 l/s

CALCULOS DE RESITENCIA
EXTRACTOR

Bajo las condiciones de presión de 20 psi, material Acero Inox 304 con un Sy= 241 MPa y espesor 1.9 mm y diámetro de 299 mm.
Se calcula como si fuera un cilindro sometido a presión interna.
Según la relación e<r/10 se considera pared delgada.
e<r10….e<149,510=14.95 Por lo cual se considera pared delgada.
Según...