Cálculo de Energia e Área de Torre de Enfriamento

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UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL 
FACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIAL 
 
ASIGNACIÓN PROCESUAL 12 
 
Asignatura: Balance de Materia y Energía. 
 
UNIDAD DE APRENDIZAJE: Balance de energía y formas de transmisión de calor: Introducción a la 
transmisión de calor: Mecanismos de transmisión de calor, conducción, convección, radiación. 
 
 
Preparado por: Ing. Harry Reyes V 
 
OBJETIVO INSTRUCCIONAL: 
Al final de la clase el estudiante será capaz de Evaluar la eficiencia y eficacia del retiro y adición 
de energía que se utiliza en el proceso de elaboración de alcohol de la planta de Soderal y el 
protocolo de Christie John Geankoplis. 
INTEGRANTES: GRUPO: SUPER CALENTADORES 1 
Muñoz Choez Ronny Kevin 
Julio Alejandro Fernández Quimis 
Jhonstyn Vernne Avilés Infante 
 Jesús Martín Asencio Espinoza 
 Rueda Aponte Jenniffer Lisseth 
 
VER VIDEO PROCESO DE ELABORACIÓN DE ALCOHOLES, REFERENCIA ENLACE YOUTUBE: 
https://www.youtube.com/watch?v=oH1TsYUzH58 
SEGUIR EL SIGUIENTE PROCEDIMIENTO PARA EL CÁLCULO DE ENERGÍA Y ÁREA DE UNA TORRE DE 
ENFRIAMIENTO. (8 PUNTOS) 
El intercambiador de calor equipado con tubos de :24,5 mm 
Diámetro exterior para enfriar la solución de etanol: al 95% de 7,93 kg/s 
CP = 3,810 julios / (kg ° K), de 66,2 ° C a 46,9 ° C, utilizando 5,9 kg de agua por segundo a 10 ° C. 
Se supondrá que el coeficiente de transferencia de calor total basado en el área exterior del tubo es de: 
566 W / m2 ° C. 
Supuestos: tapas y tuberías con corriente descendente. 
Determine el área de intercambio de calor necesaria. 
ELABORAR DIAGRAMA Y ASIGNAR LOS VALORES CONOCIDOS (2 PUNTOS) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Y Melaza Agua alcohol calentamiento 
caldera 
Alcohol liquido 
 
Vapor de alcohol 
Torre de 
enfriamiento 
 
PLANTEAMIENTO DE LA ECUACIÓN COMPLETA DE BALANCE DE ENERGÍA (Q DE TERMODINÁMICA Y DE 
TRANSFERENCIA DE CALOR). 
 Carga térmica (no hay perdidas): 
 
𝑄 = 𝑄𝐶 = 𝑄𝐹 = 𝑚c𝑐𝑝c (𝑇𝐹2 − 𝑇𝐹1) 
 
= 𝑚𝐹𝑐𝑝𝐹 (𝑇𝐹2 − 𝑇𝐹1) 
 
 Superficie de intercambio de calor: 
 
𝑄𝑇 = 𝑄𝑇𝑐𝑜𝑛𝑑𝑢𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟 
𝑄 = 𝑊 ∗ 𝑐𝑝 ∗ 𝑑𝑇 𝑄 = 𝐴 ∗ 𝐾 ∗ ∆𝑇 
 
 
PLANTEAR LAS ECUACIONES ADICIONALES NECESARIAS PARA LOS CÁLCULOS. 
 
𝐷𝑇2 = 𝑇𝐶1 − 𝑇𝐹1 
 
𝐷𝑇2 = 66,2 − 10 
 
𝑫𝑻𝟐 = 𝟓𝟔, 𝟐𝟎 
 
𝑫𝑻𝟏 = 𝟒𝟔, 𝟗 – 𝑻𝑭𝟐 
 
REALIZAR LOS CÁLCULOS. (4 PUNTOS) CARGA TÉRMICA (NO HAY PÉRDIDAS): 
 
𝑸 = 𝑸𝒄 = 𝑸𝑭 = 𝒎𝒄𝑪𝒑𝒄 (𝑻𝑭𝟐 − 𝑻𝑭𝟏) 
 
𝒎𝑭𝑪𝒑𝑭 (𝑻𝑭𝟐 − 𝑻𝑭𝟏) 
 
 
QT = QT conducción de calor 
 
𝑄 = 𝑊 ∗ 𝑐𝑝 ∗ 𝑑𝑇 
 
𝑄 = 𝐴 ∗ 𝐾 ∗ ∆𝑇𝑚 
 
𝑘𝑔 𝐽𝐶 
 
𝑄 = 7,93 kg/s∗ 3810 JC/kg∗ (66,2 − 46,9) 
 
𝑸 = 𝟓𝟖𝟑𝟏𝟏𝟔, 𝟕 𝑾 
 
 
𝑄𝑎𝑔𝑢𝑎 = 𝑄𝑎𝑙𝑐𝑜ℎ𝑜𝑙 
 
5,9 kg/s∗ 4186 JC/kg ∗ (𝑇𝐹2 − 10) 
 
= 𝟓𝟖𝟑𝟏𝟏𝟔, 𝟕 I/S 
 
Gradiente logarítmico de temperatura: 
 
∆𝑇𝑚 =(∆𝑇2 − ∆𝑇1)/ 𝐼𝑛 (∆𝑇2/∆𝑇1) 
 
 
 
 
 
 
 
 
∆𝑇𝑚 = (56,20 − 13,29) /ln (56,20/13,29) 
 
∆𝑻𝒎 = 𝟐𝟗, 𝟕𝟔 °𝑪 
 
Superficie de intercambio de calor: 
 
𝑄𝑇 = 𝑄𝑀 
 
691,766 𝐾𝑊 
 
𝑄𝑇 = 𝐾 ∗ 𝐴 ∗ ∆𝑇𝑚/w 
 
583116,69 = 566 w/ 𝑚2°𝐶 ∗ 𝐴𝑒 ∗ 29,76 °𝐶 
 
𝑨𝒆 = 𝟑𝟒, 𝟔𝟐 𝒎𝟐 
 
Longitud del tubo 
 
𝐿 = 𝐴𝑒/ 𝜋 ∗ 𝑑𝑒𝑥𝑡 
 
𝐿 =34,62 𝑚2/ 𝜋 ∗ 0,0245 𝑚 
 
𝑳 = 𝟒𝟒𝟗, 𝟕𝟗 𝒎 
2.5.- Calcular el calor en unidades SI e Ingles 
 
SI 
 
5,9 𝑘𝑔/ 𝑠∗ 4186 𝐽𝐶/ 𝑘𝑔 ∗ (𝑇𝐹2 − 10) = 7,93𝑘𝑔/s ∗ 3810 𝐽𝐶/ 𝑘𝑔 ∗ (66,2 − 46,9) 
 
𝑸 = 𝟓𝟖𝟑𝟏𝟏𝟔, 𝟕 𝑾 = 𝟓𝟖𝟑, 𝟏𝟐 𝑲𝑾 
 
 
Sistema Inglés 
 𝑄 = 583116,7 𝑊 ∗(3,412𝐵𝑇𝑈/𝐻)/ 1 𝑊 
 
𝑸 = 𝟏𝟗𝟖𝟗𝟓𝟗𝟒, 𝟏𝟓 BTU/H 
 
CALCULAR LA POTENCIA CALORÍFICA EN HP Y KW. (1 PUNTO) (2 PUNTOS) (*). 
 
 
De W a HP: 
 
𝟓𝟖𝟑𝟏𝟏𝟔, 𝟔𝟗 𝑾 ∗ 𝟏 𝑯𝑷/ 𝟕𝟒𝟓, 𝟕 𝑾= 𝟕𝟗𝟏, 𝟗𝟕 𝑯𝑷 
 
 
De W a KW: 
 
𝟓𝟖𝟑𝟏𝟏𝟔, 𝟔𝟗 𝑾 ∗ 𝟏 𝑲𝑾/ 𝟏𝟎𝟎𝟎 𝑾= 𝟓𝟖𝟑, 𝟏𝟏𝟔𝟔𝟗 𝑲𝑾 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ELABORAR CUADRO DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS SIGUIENDO EL PENSAMIENTO MATEMÁTICO. 
 
PENSAMIENTO 
MATEMÁTICO 
Carga térmica 𝑄 = 𝐴 ∗ 𝐾 ∗ ∆𝑇𝑚 
Q= 583116,7W 
Gradiente logarítmico 
de temperatura 
∆𝑇2 − ∆𝑇1 
∆𝑇𝑚= 
𝑙𝑛 
∆𝑇2 
∆𝑇1 
 
∆𝑇𝑚 = 29,76℃ 
Superficie intercambio 
de 
calor 
𝑄𝑇 = 𝐾 ∗ 𝐴 ∗ ∆𝑇𝑚 𝐴𝑒 = 34,62 𝑚2 
Longitud del tubo 𝐴𝑒 𝐿 = 
𝜋 ∗ 𝑑𝑒𝑥𝑡 
𝐿 = 449,79 𝑚 
 
 
 
Potencia calorífica 
 
De W a HP: 
1 𝐻𝑃 
583116,69 𝑊 ∗ 
745,7 𝑊 
= 791,97 𝐻𝑃 
 
De W a KW: 
1 𝐾𝑊 
583116,69 𝑊 ∗ 
1000 𝑊 
= 583,11669 𝐾𝑊 
 
 
ELABORAR INFORME TÉCNICO BASADO EN LA TABLA DE RESULTADOS (*): 
 
Como se puede ver en la tabla anterior, podemos darnos cuenta que la potencia calórica tiene un 
valor de 583,11669 KW, el cual se logro obtener con las distintas especificaciones del resto de 
componentes, como son: las tuberías y la temperatura la cual esta siendo sometida en el proceso. 
también podemos observar que posee una relación con la carga térmica del proceso a que sus 
valores son iguales en este caso. 
ANÁLISIS DE RESULTADOS 
 
Se conoce que un intercambiador de calor es un equipo que tiene la utilidad de transferir energía en forma de 
calor entre dos fluidos, ya sea en forma de líquido o vapor, o también se transfiere el calor mediante una 
superficie sólida y un fluido que está en movimiento. 
En la obtención del alcohol etílico rectificado se procede a realizar el proceso de destilación de forma 
minuciosa para obtener la pureza deseada para el producto, con lo cual el alcohol es un producto de mucho 
cuidado a la hora de producirlo. 
 
El alcohol se usa en la medicina para desinfectar y también se lo usa como bebida, dependiendo su 
realización; en este proceso se realizaron los procedimientos adecuados que dictaminaron valores 
correspondientes a 583116.69W en cuanto a su carga térmica, su gradiente de temperatura presentó un valor 
de 29,76°C; valores con los cuales se lograron identificar los indicadores de calidad del producto, además de la 
eficiencia en los procesos utilizados para la producción. 
 
SINTETIZAR SU EL PUNTO 3.1 PARA ELABORAR EL INFORME (INTRODUCCIÓN, DESARROLLO, CONCLUSIÓN). 
 
En la actualidad, el alcohol es un producto muy utilizado a nivel global, ya sea mediante bebida alcohólica de 
entretenimiento, como de desinfectante relacionado en el área de la salud y medicina, debido a esto el 
alcohol es muy conocido e importante en la comunidad 
Para la obtención del alcohol se procede a emplear maquinarias destinadas a trabajar en conjunto para la 
realización del producto, las cuales realizan procesos de destilación, separación, recirculación, entre otros, 
hasta obtener el producto final elaborada con las medidas establecidas. 
Junto con la elaboración del alcohol, se lograron determinar los valores para tener un proceso óptimo en 
cuanto a su fabricación, además de determinar si las maquinarias trabajaban en un nivel correspondiente a las 
mismas, con lo que se pudo determinar la eficiencia en el proceso de la elaboración del alcohol. 
BIBLIOGRAFÍA: 
 
http://www.coazucar.com/esp/coazucar_alcohol.html 
https://1library.co/article/resultados-balances-masa-energ%C3%ADa-proceso-
destilaci%C3%B3n.q5m9mv7y 
https://prezi.com/eyjddkag0iy-/balance-de-materia-y-energia-de-una-destileria/