2.13 INTERCAMBIADORES DE CALOR TIPO CORAZA Y TUBOS

Ilustración 1.Intercambiador de calor. Fuente:[6]

El calentamiento de jugo se realiza en la mayoría de casos usando calentadores de carcasa y tubos, se reconocen así porque están compuestos por una coraza (fluido de calentamiento) y una serie de tubos (jugo crudo), los cuales son usados frecuentemente en la industria azucarera para calentar el jugo crudo hasta unos grados por encima del punto de ebullición. Generalmente se realiza en dos etapas, usando vapor a menor presión para tener una mejor economía de vapor, alimentando al tanque de encalado y al clarificador. Elemento tubular: Serie de tubos metálicos (acero inoxidable AISI 304L) tienen diámetros en el rango de 38 a 51 mm. La longitud varía entre 3 y 7,5 m.Coraza: El material empleado es el acero inoxidable 430.

2.13.1 BALANCE DE MATERIA

m je=m js=243,254815tonh

2.13.2 BALANCE DE ENERGIA

Para el caso de jugo calentado por condensación de vapor. El intercambio de calor entre el vapor que se condensa y el jugo se puede representar como:

Q=m j∗CPj∗(T sj−T ej )=mv∗Δh lv

m j=flujo de jugotonh

CPj=Calor espeficio de jugoKcalton°C

T ej=temperaturadel jugo queentra al calentador en°C

T sj=temperatura del jugo quesale del calentador en°C

mv=flujode vapor en tonh

Δh lv=calor de evaporación enkcalton

Q=calor transferidoen jses decir enW

Para esto se asume que:

El calor específico del jugo es constante. El vapor condensado sale a la temperatura de saturación del vapor, es decir

que no se enfría. Las pérdidas de calor son despreciables

Q=m j∗CPj∗(T sj−T ej )=mv∗Δhlv

QE−101=243,254815tonh

∗910 Kcalton°C

∗(76−29 )° C=10404008,4 Kcalh

mv=10404008,4 Kcal

h

524612,8107 Kcalton

=19,8317849 tonh

QE−101=12091769,76 js

QE−102=245,33tonh

∗910 Kcalton° C

∗(100−76 )° C=5358007,2 Kcalh

mv=5358007,2 Kcal

h

524612,8107 Kcalton

=10,2132603 tonh

QE−102=6227195,03 js

2.13.3 DISEÑO DE CALENTADORES TUBULARES

Se han propuesto varias formas distintas para correlacionar la transferencia de calor global que toman en consideración la velocidad y la temperatura. Estas han sido resumidas por Hugot (1986). Con base en estos estudios el propuso la siguiente ecuación para el coeficiente de transferencia de calor K de los

calentadores de jugo en W

m2∗K.

K=7.0∗¿ t st(u1,8

)0,8

t st=temperaturadel vapor en°C

u=velocidad del liquidoen ms

Para esto de suponer un valor de velocidad de 2ms el cual se encuentra en el

rango establecido que generalmente es de 1,5 y 2,2 ms .

K=7.0∗¿ 122,65∗( 21,8 )0,8

=934,053 Wm2∗K

.

Además se tuvieron en cuenta el siguiente principio heurístico:

Factor de encostramiento de 0.9 para intercambiadores en lso cuales no hay cambio de fase (Turton, 2001)

El dimensionamiento de los intercambiadores de calor se realiza a partir del área de intercambio, para la cual se toma la formula:

A= QU∗LMTD∗F .

A=áreade intercambio (m2 )

Q=Calor a eliminar ( js)

U=Coeficiente de transferenciade calor ¿.)

LMTD=Media logaritmica de lastemperaturas (K )

CALCULO DE LMTD

Con las temperaturas de entrada T 1y salida T 2 del fluido, y tomando un intercambiador en contracorriente, se puede resolver las ecuaciones:

Figura 4.3.1.Diagrama de las temperaturas que intervienen en un intercambiador.

Siendo:

∆T 1=T 1−th

∆T 2=T 2−t a

La ecuación para hallar la media logarítmica correspondiente se describe en la ecuación

LMTD=∆T 1−∆T 2

ln (∆T 1∆T 2

)

Cálculos para el intercambiador E-101

∆T 1=93,65K

∆T 2=46,65K

LMTD=67K

A=12091769,76( j

s)

934,053 Wm2∗K

∗67K∗0.9=215m2

Características de los tubos

Longitud: 7,5m, Diámetro 0.051m

Area del tubo: π∗¿

# de tubos = Area del intercambiadorAreade tubo

=215m2

❑

Cálculos para el intercambiador E-102

∆T 1=46,65K

∆T 2=22,65K

LMTD=33K

A=6227195,03( j

s)

934,053 Wm2∗K

∗33K∗0.9=224m2

Características de los tubos

Longitud: 7,5m, Diámetro 0.051m

Area del tubo: π∗¿

# de tubos = Area delintercambiadorAreade tubo

=224m2

❑