Generacion de vapor

FUNDAMENTO TEORICO:
En las industrias químicas se utiliza con gran frecuencia una sencilla caldera encamisada como tanque de reacción. En muchos casos, como ocurre en reacciones de nitración o sulfonación, es preciso comunicar o retirar calor de la mezcla, bien para controlar la velocidad de reacción o para conseguir que sea completa. La adición o separación de calor se consigue adecuadamentehaciendo pasar vapor de agua o agua de refrigeración a través de una camisa acoplada a la superficie exterior, o bien mediante un serpentín situado en el interior del tanque. En cualquier caso se utiliza algún tipo de agitador para obtener una buena mezcla en el tanque. Para mezclas muy viscosas se utilizan agitadores tipo áncora, mientras que para líquidos no demasiados viscosos se empleanagitadores de palas o tipo turbina.
En nuestro tanque de reacción con serpentín de refrigeración, las resistencias térmicas de calor se deben a la película de agua situada sobre el interior del serpentín, la pared del tubo, la película situada sobre el exterior del serpentín y costras que puedan existir sobre cualquiera de las superficies. En la pared del tubo y en las costras, el calor se transfierepor conducción, mientras que en las películas se transfiere por convección.
La transferencia de calor por el interior del serpentín se define por:
Q=UAρTm
La transferencia de calor por el interior del serpentín se define por:
Q=GmfCpf ( Tsf - Tef )
Gmf= gasto másico del fluido frio.
Cpf = capacidad calorífica del fluido frio.
Tsf = temperatura de salida del fluido frio.
Tef = temperaturade entrada del fluido frio.
El coeficiente global de transmisión de calor se puede expresar por la ecuación:
1/UA = 1/hiAi + xw/kwAw + 1/hoAo + Ro/Ao + Ri/Ai
Ro y Ri son las resistencias debidas a las costras y los demás se corresponden con la resistencia de la película interior, de la pared y de la película exterior.
El coeficiente de película interior ( hi )para un serpentín de puedecalcular a partir de la expresión:
hid/k = 0.023 (du/)0.8(Cp/K)0.4
si se utiliza agua en el serpentín.
Esta ecuación se ha obtenido para tubos rectos, en el caso de serpentines se obtiene una trasmisión de calor algo más elevada para las mismas condiciones físicas, por lo que queda:
hi(serpentín) = hi (tubo recto)(1+3.5d/dc)
donde (d) es el diámetro interior del tubo y (dc) el diámetro de lahélice.
El coeficiente de película exterior (ho) está determinado por las propiedades físicas del liquido y por el grado de agitación alcanzado. Esta ultima magnitud es difícil de expresar de forma cuantitativa y se suele utilizar el número adimensional L2N/, donde L es la longitud de las paletas y N las revoluciones por unidad de tiempo. La expresión resultante es para tanques cilíndricos:
hodv/K= 34(L2N/)0.5 (Cp/K)0.3 (dg/dp)0.8 (w/dc)0.25 (L2dv/do3)0.1
do = diámetro del tubo.
dg = diámetro espaciado entre espiras.
dc = diámetro de la hélice.
dp = la altura del serpentín.
W = la dimensión del agitador.

COEFICIENTE GLOBAL DE TRANSFERENCIA DE CALOR
- En el caso de paredes bañadas por fluidos, tanto compuestas como sencillas, en muchas ocasionas interesa obtener la velocidadde transferencia de calor ( Q-punto ) en función de un área y de las temperaturas superior e inferior ( sin tener en cuenta las temperaturas intermedias ) siguiendo el modelo de la Ley de enfriamiento de Newton:

Q-punto = U * A * ( Ts - Ti )

- U: coeficiente global de transferencia de calor

- U * A = 1 / Rthtotal => U = 1/ ( A * Rthtotal ) ; Rthtotal: resistencia térmica total

- Segúnla analogía termoeléctrica Q-punto = ( Ti - To ) / Rthtotal ; Q-punto = U * A * ( Ti - To ) => U * A = 1 / Rthtotal => 1 / ( U * A ) = Rthtotal

- El coeficiente global de transferencia, U, depende de la superficie que se considere, interior ( A1 ) o exterior ( A2 ) .

- Si A = A1 = 2 pr1 L =>

- Si A = A2 = 2 pr2 L =>

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