TESIS: Diseño, Construcción e Instalación de un ... “Diseño, Construcción e Instalación de un Condensador con Envolvente Multitubular Para la Obtención de Aceites Esenciales

Tesis: “Diseño, Construcción e Instalación de un Condensador con Envolvente Multitubular Parala Obtención de Aceites Esenciales Para el Laboratorio de Procesos y Operaciones Unitarias de la

FIQ”

Facultad de Ingeniería Química – UNAP 1

UNIVERSIDAD NACIONAL DE LA AMAZONÍA PERUANA

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

TESIS:

Diseño, Construcción e Instalación de un Condensador conEnvolvente Multitubular para la Obtención de Aceites

Esenciales para el Laboratorio de Procesos y OperacionesUnitarias de la F.I.Q.-UNAP.

AUTORES:

WILDE GUSTAVO RÍOS BARDALES.JUAN JOSÉ GARLASQUI VÁSQUEZ.

LUIGI ANDRE RODRIGUEZ PACIFFICO.

Para optar el Título Profesional de Ingeniero Químico

Iquitos – Perú2015


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UNIVERSIDAD NACIONAL DE LA AMAZONÍA PERUANA

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

Tesis sustentada el 24 de Abril del 2015 en el Auditorio de la Facultadde Ingeniería Química, siendo aprobada por Unanimidad concalificativo de Buena.

MIEMBROS DEL JURADO

___________________________________Ing. Jorge Armando Vásquez Pinedo, Mgr.

Reg. CIP N° 32634

Presidente

_______________________ ______________________

Ing. Víctor García Pérez Ing. Rosa I. Souza Najar

Reg. CIP N° 33277 Reg. CIP N° 32634

Miembro Miembro

ASESORES

_______________________ ___________________________

Ing. Jorge E. Cornejo Orbe Ing. Gabriel E. Vargas Arana, Dr.

Reg. CIP N° 93663 Reg. CIP N° 147224

Asesor Co-Asesor


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INDICEANTECEDENTES ............................................................................................................. 1INTRODUCCIÓN............................................................................................................... 9OBJETIVOS .................................................................................................................... 11

- GENERAL:........................................................................................................................... 11

- ESPECIFÍCOS: ................................................................................................................... 11

JUSTIFICACIÓN ............................................................................................................. 12CAPITULO I: TRANSMISIÓN DE CALOR EN FLUIDOS CON CAMBIO DE FASE ....... 13

1.1 Transmisión De Calor Desde Vapores Condensantes .................................................. 13

1.2 Condensación en gotas y en película............................................................................... 14

1.3 Coeficientes para la condensación en película............................................................... 16

CAPITULO II: GENERALIDADES DEL EQUIPO DE CONDENSACIÓN ........................ 222.1 Descripción General del Condensador Multitubular ....................................................... 22

2.2 Mecanismos de Transferencia de Calor .......................................................................... 24

2.2.1 Conducción de Calor.................................................................................................... 25

2.2.2 Convección .................................................................................................................... 28

2.2.3 Radiación ....................................................................................................................... 30

2.3 Composición del Condensador.......................................................................................... 32

2.3.1 Cuerpo............................................................................................................................ 32

2.3.2 Cuello del Condensador .............................................................................................. 33

2.3.3 Pozo de Condensado .................................................................................................. 33

2.3.4 Cajas de Agua............................................................................................................... 34

2.4 Sistemas Auxiliares ............................................................................................................. 34

2.4.1 Sistema de Eliminación de Condensados ................................................................ 34

2.5 Sistema de Limpieza y Mantenimiento............................................................................. 37

2.5.1 Dispositivos Taprogge ................................................................................................. 37

CAPITULO III: ALGUNAS DEFINICIONES APLICADAS A LA DESTILACIÓN............. 403.1 Extracción por Arrastre de Vapor ...................................................................................... 40

3.2 Tipos de Codestilación Acuosa ......................................................................................... 40

3.2.1 Destilación con Agua ................................................................................................... 41

3.2.2 Destilación con Agua y Vapor .................................................................................... 41


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3.2.3 Destilación con Vapor .................................................................................................. 41

3.3 Destilación al Vacío ............................................................................................................. 42

3.4 Por Extracción con Disolventes Volátiles ......................................................................... 42

3.5 Por Enflurage (Enflorado)................................................................................................... 43

3.6 Por Maceración .................................................................................................................... 44

3.7 Método con Fluido Supercrítico ......................................................................................... 44

3.8 Aceites Esenciales............................................................................................................... 44

CAPITULO IV: CONDICIONES Y CÁLCULOS DE DISEÑO........................................... 474.1 Variables más Importantes a tomar en Cuenta en el Diseño y Construcción delEquipo .......................................................................................................................................... 47

4.1.1 Base de Cálculo y Capacidad .................................................................................... 47

4.1.2 Volumen del Tanque Cilíndrico Vertical .................................................................... 47

4.1.3 Diámetro del Tanque Cilíndrico Vertical ................................................................... 47

4.1.4 Altura del Tanque Cilíndrico Vertical ......................................................................... 48

4.1.5 Dimensiones del Corte de la Plancha Para la Construcción del Cilindro Vertical................................................................................................................................................... 48

4.1.6 Volúmen del Cono del Tanque Cilíndrico Vertical ................................................... 49

4.1.7 Generatriz y Ángulo Central del Cono....................................................................... 49

4.1.8 Longitud de la Circunferencia del Cono .................................................................... 49

4.1.9 Área Lateral del Cono .................................................................................................. 50

4.1.10 Área del Casquete Esférico ...................................................................................... 50

4.1.11 Diseño Térmico del Condensador ........................................................................... 50

4.1.12 Pérdidas de Calor en Cuerpos no Aislados ........................................................... 51

4.1.13 Carga de Calor al Sistema........................................................................................ 51

4.2 Condiciones Iniciales a Considerar en el Diseño ........................................................... 52

4.2.1 Bases de Cálculo y Capacidad .................................................................................. 52

4.3 Diseño del Extractor ............................................................................................................ 54

4.3.1 Cálculo del Diámetro del Extractor ............................................................................ 54

4.3.2 Cálculo de la Altura del Extractor............................................................................... 54

4.3.3 Cálculo de la Longitud de Circunferencia Para la Construcción del Extractor ... 55

4.3.5 Cálculo de las Especificaciones Técnicas del Casquete Esférico .................. 58

4.4 Diseño del Condensador con Envolvente Multitubular .................................................. 60

CAPITULO V: CONSTRUCCIÓN E INSTALACIÓN DEL EQUIPO................................. 70


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5.1 Selección de Materiales...................................................................................................... 70

5.2 Materiales Empleados......................................................................................................... 75

5.3 Descripción y Especificaciones de los Componentes Principales del Equipo ...... 75

CAPITULO VI: EVALUACIÓN DE LOS PARÁMETROS DE CONTROL DEL EQUIPO . 816.1 Descripción del Funcionamiento del Equipo ................................................................... 81

6.2 Ensayos y Pruebas de Funcionamiento del Equipo ....................................................... 91

6.3 Análisis de los Resultados Obtenidos .............................................................................. 91

6.4 Determinación de las Condiciones Óptimas (Parámetros) de Funcionamiento ........ 93

6.5 Otro Usos y Aplicaciones.................................................................................................... 93

6.6 Manual de Instrucción para el Funcionamiento del Condensador con EnvolventeMultitubular .................................................................................................................................. 94

CAPÍTULO VII: ANÁLISIS DE COSTOS......................................................................... 997.1 Costos De Diseño ................................................................................................................ 99

7.2 Costos de Construcción e Instalación ............................................................................ 100

7.3 Costo Total.......................................................................................................................... 102

RESULTADOS Y DISCUSIONES ................................................................................. 103CONCLUSIONES.......................................................................................................... 105RECOMENDACIONES.................................................................................................. 106REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS.............................................................................. 107ANEXOS ....................................................................................................................... 110


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ANTECEDENTES

Los aceites esenciales son compuestos naturales volátiles, que se caracterizan

por un olor fuerte y que forman parte de las plantas aromáticas como metabolitos

secundarios. Son conocidos por sus propiedades antioxidantes, antibacterianas,

antifúngicas y antivirales. En la actualidad se conocen aproximadamente 3000

aceites esenciales, 300 de los cuales son comercialmente importantes,

especialmente para la industria farmacéutica, agronómica, alimentos cosmética y

perfumería (Bakkil et al., 2008)

Existen diferentes métodos para la extracción de aceites esenciales, siendo la

destilación por arrastre de vapor uno de los más utilizados a escala industrial, por

ser un método sencillo y de bajo costo, a comparación de otros métodos

alternativos como el de la extracción por fluidos supercríticos y el de extracción por

microondas, que pueden tener mejor rendimiento, pero para un nivel industrial aun

es necesario realizar mayor investigación (Peredo-Luna et al., 2009)

La Hierba Luisa (Cymbopogon citratus), es una especie de hierba perteneciente

a la familia de las poáceas. Existen varios estudios sobre extracción,

caracterización química y actividad biológica del aceite esencial de C. citratus. El

rendimiento promedio de extracción del aceite de Hierba Luisa es de 0.46%

(Rodriguez-Quintanilla et al., 2012). Esta planta es usada ampliamente en todo el

mundo, en forma de infusión o como ingrediente de cocina. Se ha reportado que el

aceite esencial de C. citratus posee buena actividad in vitro frente a las bacterias

Helicobacter pyroli (Ohno et al., 2003) y Escherichia coli (Naik et al., 2010),

además de actividad insecticida contra la mosca domestica (Samarasekera y

Kalhari, 2006). Entre los componentes mayoritarios de este aceite esencial se

encuentran geranial, neral y el β-mirceno (Onawunmi et al., 1984).


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Para el diseño y construcción de un Condensador con envolvente multitubular

para obtener aceites esenciales, se debe tener en cuenta los siguientes factores:

el volumen del alambique y la demanda de vapor. Para determinar el volumen

requerido del alambique resulta muy valioso evaluar la densidad aparente del

material vegetal que se va a destilar, este se puede estimar midiendo el peso del

material que ocupa un volumen determinado; esta cantidad varía entre 280 kg/cm3

y 200 kg/cm3 cuando se trabaja con hojas. La demanda de vapor se calcula en

base a la cantidad de material vegetal que se va a destilar, y con este valor se

determina la capacidad del generador de vapor en caballos de caldera o BPH

necesarios para el proceso (Foncheta y Lizarazo, 2007).

Para diseñar y construir un intercambiador de calor de doble tubo en flujo paralelo

y contracorriente se evaluó la cantidad de calor que puede aprovecharse bajo esta

condición, así mismo, se tomaron datos de temperaturas del fluido caliente y fluido

frío para establecer un diferencial de temperatura y en base a éste determinar la

temperatura de equilibrio en el sistema (Ferry y Chávez 2005).

En el diseño y construcción de un equipo intercambiador de calor se tomaron en

cuenta las características del fluido que tiene que desplazarse a través de los

tubos tales como la viscosidad, densidad, capacidad calorífica, conductividad

térmica con la finalidad de determinar la cantidad de calor que puede absorber o

perder el fluido a calentar o enfriar, respectivamente; además estas características

del fluido se tomaron en cuenta para determinar el tipo de material a utilizar para

los tubos del intercambiador y con el coeficiente de calor total de diseño, se

calculó la longitud requerida de los tubos a lo largo del intercambiador (Rosales,

Reátegui y Angulo 1983).

Para el diseño y construcción de un equipo portátil de extracción de aceites

esenciales por arrastre de vapor, se establecieron parámetros de operación como

Presión y Temperatura para a operación del equipo, de tal forma que no sea


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limitado para una sola especie destilable, sino que, puedan utilizarse diversas

especies para obtener aceites esenciales. En base a ello se calculó el rendimiento

del equipo con diversas especies utilizadas durante las extracciones relacionando

los datos obtenidos con el material utilizado para su construcción y con el sello

hermético del mismo (López y Ruíz 2006).


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INTRODUCCIÓN

El rol más importante de la Universidad está en cumplir con los estudiantes en

todos los niveles, como:

- Enseñanza.

- Investigación.

- Proyección Social.

La problemática de las universidades estatales y en particular de la U.N.A.P. para

la enseñanza de las asignaturas con prácticas de laboratorio es: La carencia de

medios auxiliares, llámense equipos de experimentación y los escasos recursos

con que cuenta la Universidad.

Es difícil la adquisición de equipos, por ser los mismos de importancia y elevado

costo; sin embargo esta situación debe motivar el “DESARROLLO DE LA

CAPACIDAD PROFESIONAL” para diseñar y construir equipos sencillos con fines

didácticos, para que así la enseñanza sea adecuada tanto en el aspecto teórico

como práctico, para el buen desarrollo de las asignaturas y otorgue una mejor

formación al estudiante.

El Proceso Tecnológico para la Extracción De Aceites Esenciales es parte de la

formación académica del Ingeniero Químico, porque adquiere una serie de

conocimientos, como: Procesos Físicos-Químicos, analíticos, control de calidad

(bacteriológica y ambiental), que solo necesita ponerlos en práctica para

garantizar un producto final de calidad.


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La destilación por arrastre de vapor de agua es una técnica usada para separar

sustancias orgánicas insolubles en agua y ligeramente volátiles de otras no

volátiles. Se emplea con frecuencia para separar aceites esenciales de tejidos

vegetales. El proceso consiste en que el vapor de agua saturada o súper

calentada y, frecuentemente, a una presión mayor que la atmosférica, atraviesa el

tejido vegetal colocado sobre un soporte, arrastrando consigo los compuestos

volátiles presentes.

La gran ventaja de este proceso es que la cantidad de vapor de agua puede ser

controlada, dando como resultado riesgos menores de degradación térmica,

constituyendo el proceso más utilizado para la extracción de aceites esenciales,

principalmente cuando se trata de la producción de aceites esenciales para su uso

en la industria farmacéutica, agronómica, alimentos, cosmética y perfumería.

(Fontecha, R.D, et al., 2007)

Las variables que gobiernan esta operación han sido estudiadas con profundidad,

tema que se pondrá en discusión.

El trabajo de investigación se ha orientado al diseño y construcción del equipo en

el laboratorio de procesos y operaciones unitarias de la Facultad de Ingeniería

Química de la UNAP, donde se llevará a cabo la extracción del aceite esencial de

Hierba Luisa (Cymbopogon citratus), y su evaluación posterior de la eficiencia de

dicho equipo en base al diferencial de temperaturas y a la extracción de aceite

esencial.


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OBJETIVOS

- GENERAL:

Diseñar, construir e instalar un Condensador con Envolvente Multitubular

Para la Obtención de Aceites Esenciales Para el Laboratorio de Procesos y

Operaciones Unitarias de la Facultad de Ingeniería Química – UNAP.

- ESPECIFÍCOS:

Realizar cálculos de diseño para el Condensador con Envolvente

Multitubular.

Seleccionar los materiales adecuados para la construcción del Equipo.

Construir el Condensador con Envolvente Multitubular para Obtener Aceites

Esenciales.

Determinar los parámetros de operación del equipo.

Elaborar el manual de instrucción para el funcionamiento del condensador

con envolvente, multitubular.


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JUSTIFICACIÓN

En la actualidad el laboratorio de Procesos y Operaciones Unitarias de la FIQ-

UNAP no cuenta con equipos de condensación utilizados en los procesos de

destilación para realizar prácticas en cursos de carrera, como procesos unitarios y

operaciones de ingeniería. Esta deficiencia no permite que el egresado de la FIQ-

UNAP, reciba la formación debida en los cursos antes mencionados, pues

actualmente existen muchas empresas que están incursionando en el tema de la

extracción de aceites esenciales, como es el caso de Young Living, una empresa

internacional dedicada al rubro de aceites esenciales que pronto estará ubicando

una planta de destilación en nuestra ciudad.

Conociendo esta problemática, se trata de dar solución propiciando la

construcción de equipos que conduzcan a la implementación del laboratorio de

procesos y operaciones unitarias de la FIQ, con alcances a nivel de enseñanza

académica, investigación y proyección social. Con la introducción de esta nueva

tecnología de destilación directa con vapor utilizando un condensador con

envolvente multitubular, para obtener aceites esenciales, estaríamos aportando al

laboratorio de procesos y operaciones unitarias (FIQ-UNAP) un nuevo equipo para

la realización de prácticas de los cursos de procesos unitarios y operaciones de

ingeniería. A nivel de investigación este equipo puede servir para implementar una

nueva línea de bioprospeción de aceites esenciales en espíes vegetales

amazónicas.


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CAPITULO I: TRANSMISIÓN DE CALOR EN FLUIDOS CON CAMBIO DE FASE

Los procesos de transmisión de calor acompañados por un cambio de fase

son más complejos que el simple intercambio de calor entre fluidos. Un

cambio de fase implica la adición o substracción de cantidades

considerables de energía calorífica a temperatura constante o casi

constante. La velocidad del cambio de fase puede estar regida por la

velocidad de transmisión de calor, pero más frecuentemente, está

gobernada por la velocidad de nucleación de burbujas, gotas o cristales, y

por el comportamiento de la nueva fase una vez formada. Este capítulo se

dedica a condensación de vapores y ebullición de líquidos.

1.1 Transmisión De Calor Desde Vapores Condensantes

La condensación de vapores sobre superficies tubulares más frías que la

temperatura de condensación del vapor es de gran importancia en los

procesos en los que intervienen vapores tales como los de agua,

hidrocarburos y otras sustancias volátiles. En este libro se presentan

algunos ejemplos al estudiar las operaciones básicas de evaporación,

destilación y secado.

El vapor que condensa puede ser una sustancia pura, una mezcla de

sustancias condensables y no condensables, o una mezcla de dos o más

vapores condensables. Las pérdidas por fricción en un condensador son

generalmente muy pequeñas, de forma que la condensación es

esencialmente un proceso a presión constante. La temperatura de

condensación de una sustancia pura depende exclusivamente de la presión

y, por consiguiente, la condensación de una sustancia pura es un proceso

isotérmico. El condensado también es una sustancia pura. La condensación

de una mezcla de vapores, a presión constante, se produce en un intervalo

de temperatura y genera un condensado cuya composición va variando


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hasta que condensa todo el vapor, momento en que la composición del

condensado es igual a la del vapor original no condensado. Un ejemplo

corriente de condensación de una sustancia a partir de su mezcla con un

segundo componente no condensable lo constituye la condensación de

agua en una mezcla de vapor de agua y aire.

El tratamiento que se presenta ahora está dirigido hacia la transmisión de

calor desde una sustancia volátil pura que condensa sobre un tubo frío.

1.2 Condensación en gotas y en película.

Un vapor puede condensar sobre una superficie fría en una de estas dos

formas: en gotas o en película. En la condensación en película, que es más

frecuente que la condensación en gotas, el líquido condensado forma una

película o capa contínua que fluye sobre la superficie del tubo por acción de

la gravedad. Esta capa de líquido interpuesta entre el vapor y la pared del

tubo es la que proporciona la resistencia al flujo de calor y, por

consiguiente, la que fija el valor del coeficiente de transmisión de calor.

En la condensación en gotas el condensado comienza a formarse en

puntos microscópicos de nucleación, tales como hoyos diminutos, arañazos

y manchas de polvo. Las gotas crecen y se juntan con otras que están en

sus inmediaciones para formar pequeñas gotas visibles, análogas a las que

se forman sobre la superficie de un vaso que contiene agua fría cuando se

expone a un ambiente húmedo. Las gotas finas se reúnen a su vez

formando arroyuelos que fluyen hacia abajo por acción de la gravedad,

barren el condensado y dejan la superficie libre para la formación de nuevas

gotitas. Durante la condensación en forma de gotas una gran parte de la

superficie fría está desnuda y, por consiguiente, directamente expuesta al

vapor. Como no hay película de líquido, la resistencia a la transmisión de

calor en las áreas desnudas es muy pequeña, de forma que el coeficiente


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de transmisión de calor es muy elevado. El coeficiente medio para la

condensación en gotas puede ser de cinco a ocho veces mayor que para la

condensación en película. En tubos largos puede haber condensación en

película en una parte de la superficie y en gotas en el resto.

Las observaciones más amplias e importantes sobre la condensación en

gotas se han hecho con vapor de agua, pero se ha observado también en

etilenglicol, glicerina, nitrobenceno, iso-heptano, y otros vapores orgánicos.

Los metales líquidos condensan generalmente en forma de gotas. La

aparición de condensación en gotas depende fundamentalmente de que el

líquido moje o no a la superficie, de forma que el fenómeno cae dentro del

campo de la química de superficies. Una gran parte del trabajo experimental

realizado sobre la condensación en gotas del vapor de agua se puede

resumir en los siguientes párrafos4:

a) Siempre que el vapor de agua y el tubo estén limpios la condensación sobre

tubos de metales corrientes se produce en forma de película,

independientemente de que lo haga en presencia o no de aire y sobre

superficies rugosas o pulimentadas.

b) La condensación en gotas se consigue solamente cuando el líquido no moja

la superficie fría y se mantiene más fácilmente sobre superficies lisas que

sobre superficies rugosas. La condensación en gotas es frecuentemente

inducida por la contaminación del vapor con gotas de aceite.

c) La cantidad de contaminante o promotor que se necesita para provocar la

condensación en gotas es muy pequeña y aparentemente basta con una

capa monomolecular.

d) Los promotores eficaces de gotas son fuertemente adsorbidos por la

superficie y las sustancias que solamente evitan el mojado, son ineficaces.

Algunos promotores son especialmente eficaces sobre ciertos metales,

como ocurre, por ejemplo, con los mercaptanos sobre aleaciones de cobre.

Otros promotores, tales como ácido oleico, presentan una eficacia muy


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generalizada. Finalmente, algunos metales, como el acero y el aluminio,

resultan difíciles de tratar para obtener condensación en gotas.

e) El coeficiente medio que se puede obtener para la condensación en gotas

alcanza valores tan elevados como 20 000 Btu/pie’-h-“F (114 kW/m2-“C). Si

bien se han hecho algunos intentos para aprovechar prácticamente estos

elevados coeficientes, provocando artificialmente la condensación en gotas,

este tipo de condensación es inestable y difícil de mantener, razón por la

cual el método es muy poco utilizado. Por otra parte, la resistencia de la

capa de vapor condensado, aun para la condensación en forma de película,

es generalmente pequeño en comparación con la resistencia del otro lado

del tubo, de forma que con la condensación en gotas se consigue un

incremento relativamente pequeño del coeficiente global. Por estos motivos,

en las operaciones normales de diseño se supone que la condensación se

produce en forma de película.

1.3 Coeficientes para la condensación en película

Nusselt fue el primero en deducir las ecuaciones básicas de la velocidad de

transmisión de calor para la condensación en película. Las ecuaciones de

Nusselt se basan en la suposición de que en el límite exterior de la capa del

líquido condensado el vapor y el líquido están en equilibrio termodinámico,

de forma que la única resistencia al flujo de calor es la que ofrece la capa

de condensado que desciende con flujo laminar bajo la acción de la

gravedad. También se admite que la velocidad del líquido en la pared es

cero, que dicha velocidad en el exterior de la película no está influenciada

por la velocidad del vapor, y que las temperaturas de la pared y el vapor

son constantes. Se desprecia el sobrecalentamiento del vapor, se supone

que el condensado abandona el tubo a la temperatura de condensación, y

las propiedades físicas del líquido se toman a la temperatura media de

película.


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Tubos verticales. La teoría de Nusselt establece que, en la condensación en

película, comienza a formarse la película de condensado en la parte

superior del tubo y que el espesor de la misma aumenta rápidamente en los

primeros centímetros de la parte superior para hacerlo luego más

lentamente en la restante longitud de tubo. Se supone que el calor fluye a

través de la película de condensado solamente por conducción, de forma

que el coeficiente local viene dado por

ℎ = ℎSiendo el espesor local de la película.

Resulta, por consiguiente, que el coeficiente local es inversamente

proporcional al espesor de película. En la Figura A se representan las

variaciones de ℎ , y con la distancia a la parte superior del tubo para un

caso típico. El espesor de película es normalmente dos o tres órdenes de

magnitud menor que el diámetro del tubo. Por consiguiente, puede

obtenerse a partir de la Ecuación para una lámina plana, tanto para el

interior como para el exterior de tubos. Puesto que hay un gradiente de

temperatura en la película, las propiedades del líquido se evalúan para la

temperatura media de película Tf dada por la Ecuación (13.11). En la

condensación sobre una superficie vertical, para la que cos β = 1, la

Ecuación (5.76 – Kern 1950) adquiere la forma.

= 3 ⁄

Figura A: Espesor de película y coeficientes locales para la película

descendiente de condensación del metanol (Ver Anexo).


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Donde es la carga del condesando, la velocidad de masa por unidad de

longitud periférica.

Sustituyendo para en la ecuación se obtiene la siguiente ecuación para el

coeficiente local de transferencia de calor, a una distancia L partiendo del

extremo superior de la superficie vertical

ℎ = 3 ⁄La ecuación se aplica a la condensación tanto en el interior como en el

exterior de los tubos. Los vapores puros en general se condensa en el

exterior de los tubos y para esta situación, con tubos verticales, el

coeficiente local viene dado por las relaciones

ℎ = ∆ = λdṁ∆Donde λ = calor de evaporación

ṁ = velocidad local de flujo condensado

Ya que ṁ/ = , la ecuación se escribe

ℎ = λdT∆El coeficiente promedio h para todo el tubo se define por

ℎ = ∆ = ṁ λ∆ = λ∆ …..(o)

Donde = velocidad total de transferencia de calor

ṁ = velocidad total de condensación

= longitud total del tubo


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= carga de condensado en el fondo (extremo inferior) del tubo

Eliminando ℎ de las ecuaciones y despejando para ∆ se obtiene

∆ = ⁄λdΓ …(Y)

Al sustituir ∆ de la ecuación (Y) en la ecuación (o) queda

ℎ = 3 ⁄ ⁄Si se reordena la ecuación y se integra entre los límites adecuados

ℎ ⁄ = 3 ⁄

En la cual

ℎ = 43 3 ⁄

Al comparar las ecuaciones se observa que el coeficiente promedio para un

tubo vertical, con flujo laminar, es veces el coeficiente local en el extremo

inferior del tubo.

La ecuación se reordena para incluir el número de Reynolds a la salida para

el condensado por formación de película 4 ⁄


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ℎ ⁄ = 1.47 4 ⁄ = 1.47 ⁄Suponiendo que el gradiente de temperatura es constante a través de la

película y que l/,u varía linealmente con la temperatura, la temperatura de

referencia para la evaluación de , kf, y , viene dado por la ecuación

Ecuación 13.11.

La ecuación se utiliza con frecuencia en una forma equivalente en la que el

término Γb se ha eliminado combinando las ecuaciones para obtener

Las ecuaciones fueron derivadas de las suposiciones del flujo laminar del

condensado, los datos experimentales concuerdan con la teoría, pero

solamente para los bajos números de Reynolds. Cuando el número de

Reynolds 4 ⁄ es mayor que 30, las ondulaciones aparecen sobre la

superficie de la película condensada y aumenta la velocidad de la

transferencia de calor. El espesor de promedio de la película aún guarda un

acuerdo razonable con la teoría del flujo laminar, hasta un Re ≅ 1200, pero

como el Re aumenta, el coeficiente de la transferencia de calor se vuelve

considerablemente mayor del predicho. Cuando el Re es mayor que 1800,

la película se vuelve turbulentas.


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En la figura (Z) se da una correlación para el coeficiente promedio como

una función del número Reynolds al extremo final del tubo. Para las

regiones laminar onduladas y turbulentas la ecuación empírica es

´ = ℎ ⁄ = ( . + 5.82 × 10 . . ) ⁄El segundo término de la ecuación se interpreta como el número de Nusselt

con una longitud característica de⁄

, pero esta longitud no es la

misma que para el espesor de película .


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CAPITULO II: GENERALIDADES DEL EQUIPO DE CONDENSACIÓN

2.1 Descripción General del Condensador Multitubular

El condensador que trataremos en este proyecto, es, básicamente, de un

cuerpo cerrado de acero inoxidable atravesado por tubos paralelos. A

través de estos tubos circulará la mezcla vapor de agua – vapor de aceite

esencial, que será enfriada por agua a temperatura ambiente que circula,

con flujo a contra corriente, por las paredes externas de los tubos.

Su misión principal es la de extraer calor de la mezcla vapor de agua –

vapor de aceite esencial, aprovechando al máximo el calor latente ya que la

temperatura del fluido caliente baja considerablemente.

Podemos encontrar distintas clasificaciones de condensadores:

Entrada de vapor:

Serán axiales u horizontales cuando la salida de vapor del equipo de

destilación se encuentra en el lateral del condensador y verticales o Down

Flow cuando la salida de vapor del equipo de destilación está situada en la

parte superior del condensador.

Número de cuerpos:

De uno o varios cuerpos en función de la potencia y caudal de salida. En los

condensadores de un solo cuerpo la descarga de vapor del equipo de

destilación se hace directamente sobre los tubos o haces situados en una

única carcasa. En los demás de un cuerpo el vapor se divide en flujos que

son dirigidos hacia distintos condensadores que operaran en igualdad de

condiciones.


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Número de pasos:

Según las veces que el agua de circulación recorre el condensador,

encontraremos condensadores de un paso o de varios (dos en general). En

el de un paso, el agua entra en el condensador por un extremo, atraviesa el

condensador y sale por el lado opuesto mientras que en el de dos pasos, el

agua entra por un extremo, llega al final del haz y retorna de nuevo saliendo

por el mismo extremo por el que entró.

Se muestran a continuación esquemas sobre los distintos modelos:

Figura 1: Condensador vertical de un cuerpo y un paso por haz


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Figura 2: condensador axial de un cuerpo, dos haces y dos pasos por haz.

2.2 Mecanismos de Transferencia de Calor

Calor y Temperatura

La temperatura es una magnitud física que se refiere a la sensación de frío

o caliente al tocar alguna sustancia. En cambio el calor es una transferencia

de energía de una parte a otra de un cuerpo, o entre diferentes cuerpos,

producida por una diferencia de temperatura. El calor es energía en tránsito;

siempre fluye de una zona de mayor temperatura a otra de menor

temperatura, con lo que eleva la temperatura de la zona más fría y reduce

la de la zona más cálida, siempre que el volumen de los cuerpos se

mantenga constante. La energía no fluye desde un objeto de temperatura

baja a otro de temperatura alta si no se realiza trabajo. La materia está

formada por átomos o moléculas que están en constante movimiento, por lo

tanto tienen energía de posición o potencial y energía de movimiento o

cinética. Los continuos choques entre los átomos o moléculas transforman

parte de la energía cinética en calor, cambiando la temperatura del cuerpo.

Calor

El calor se define como la energía cinética total de todos los átomos o

moléculas de una sustancia.

Temperatura.

La temperatura es una medida de la energía cinética promedio de los

átomos y moléculas individuales de una sustancia. Cuando se agrega calor

a una sustancia, sus átomos o moléculas se mueven más rápido y su

temperatura se eleva, o viceversa.


FIQ”


Cuando dos cuerpos que tienen distintas temperaturas se ponen en

contacto entre sí, se produce una transferencia de calor desde el cuerpo de

mayor temperatura al de menor temperatura. La transferencia de calor se

puede realizar por tres mecanismos físicos: conducción, convección y

radiación, que se ilustran en la figura 3.

Figura 3. Esquema de los mecanismos de transferencia de calor.

2.2.1 Conducción de Calor

La conducción es el mecanismo de transferencia de calor en escala atómica

a través de la materia por actividad molecular, por el choque de unas

moléculas con otras, donde las partículas más energéticas le entregan

energía a las menos energéticas, produciéndose un flujo de calor desde las

temperaturas más altas a las más bajas. Los mejores conductores de calor

son los metales. El aire es un mal conductor del calor. Los objetos malos

conductores como el aire o plásticos se llaman aislantes.

La conducción de calor sólo ocurre si hay diferencias de temperatura entre

dos partes del medio conductor. Para un volumen de espesor ∆x, con área

de sección transversal A y cuyas caras opuestas se encuentran a diferentes


FIQ”


T1 y T2, con T2 > T1, como se muestra en la figura 4, se encuentra que el

calor ∆Q transferido en un tiempo ∆t fluye del extremo caliente al frío. Si se

llama H (en Watts) al calor transferido por unidad de tiempo, la rapidez de

transferencia de calor H = ∆Q/∆t, está dada por la ley de la conducción de

calor de Fourier.

donde k (en W/mK) se llama conductividad térmica del material, magnitud

que representa la capacidad con la cual la sustancia conduce calor y

produce la consiguiente variación de temperatura; y dT/dx es el gradiente

de temperatura. El signo menos indica que la conducción de calor es en la

dirección decreciente de la temperatura. En la tabla 1 se listan valores de

conductividades térmicas para algunos materiales, los altos valores de

conductividad de los metales indican que son los mejores conductores del

calor.

Figura 4.

T 1

T 2A

∆ x

H


FIQ”


Tabla .1 Algunos valores de conductividades térmicas.

Metales, a

25ºC

Gases, a

20ºC

Otros

materiales

Sustancia k (W/mK) Sustancia k

(W/mK)

Sustancia k (W/mK)

Aluminio 238 Aire 0.0234 Asbesto 0.08

Cobre 397 Helio 0.138 Concreto 0.8

Oro 314 Hidrógeno 0.172 Diamante 2300

Hierro 79.5 Nitrógeno 0.0234 Vidrio 0.84

Plomo 34.7 Oxígeno 0.0238 Hule 0.2

Plata 427 Madera 0.08 a

0.16

Latón 110 Corcho, 0.42

Tejido

humano

0.2

Agua 0.56

Hielo 2

Si un material en forma de barra uniforme de largo L, protegida en todo su

largo por un material aislante, como se muestra en la figura 5, cuyos

extremos de área A están en contacto térmico con fuentes de calor a

temperaturas T1 y T2 > T1, cuando se alcanza el estado de equilibrio

térmico, la temperatura a lo largo de la barra es constante. En ese caso el

gradiente de temperatura es el mismo en cualquier lugar a lo largo de la

barra, y la ley de conducción de calor de Fourier se puede escribir en la

forma:


FIQ”


Figura 5

2.2.2 Convección

La convección es el mecanismo de transferencia de calor por movimiento

de masa o circulación dentro de la sustancia. Puede ser natural producida

solo por las diferencias de densidades de la materia; o forzada, cuando la

materia es obligada a moverse de un lugar a otro, por ejemplo el aire con un

ventilador o el agua con una bomba. Sólo se produce en líquidos y gases

donde los átomos y moléculas son libres de moverse en el medio.

En la naturaleza, la mayor parte del calor ganado por la atmósfera por

conducción y radiación cerca de la superficie, es transportado a otras capas

o niveles de la atmósfera por convección.

Un modelo de transferencia de calor H por convección, llamado ley de

enfriamiento de Newton, es el siguiente:

H = h A (TA – T)

Donde h se llama coeficiente de convección, en W/(m2K), A es la superficie

que entrega calor con una temperatura TA al fluido adyacente, que se

encuentra a una temperatura T, como se muestra en el esquema de la


FIQ”


figura 6. La tabla 2 lista algunos valores aproximados de coeficiente de

convección h.

El flujo de calor por

convección es positivo

(H > 0) si el calor se transfiere desde la superficie de área A al fluido (TA >

T) y negativo si el calor se transfiere desde el fluido hacia la superficie (TA <

T).

Tabla 2. Valores típicos de coeficiente de convección.

Proceso h

(W/m2K)

Convección libre

Gases 2 - 25

Líquidos 50 -

1000

Convección forzada

Gases 25 - 250

Líquidos 50 -

20000

Figura.6. Proceso de convección.

H

agua

T A

A

T


FIQ”


2.2.3 Radiación

La radiación térmica es energía emitida por la materia que se encuentra a

una temperatura dada, se produce directamente desde la fuente hacia

afuera en todas las direcciones. Esta energía es producida por los cambios

en las configuraciones electrónicas de los átomos o moléculas constitutivos

y transportada por ondas electromagnéticas o fotones, por lo recibe el

nombre de radiación electromagnética. La masa en reposo de un fotón (que

significa luz) es idénticamente nula. Por lo tanto, atendiendo a relatividad

especial, un fotón viaja a la velocidad de la luz y no se puede mantener en

reposo. (La trayectoria descrita por un fotón se llama rayo). La radiación

electromagnética es una combinación de campos eléctricos y magnéticos

oscilantes y perpendiculares entre sí, que se propagan a través del espacio

transportando energía de un lugar a otro.

A diferencia de la conducción y la convección, o de otros tipos de onda,

como el sonido, que necesitan un medio material para propagarse, la

radiación electromagnética es independiente de la materia para su

propagación, de hecho, la transferencia de energía por radiación es más

efectiva en el vacío. Sin embargo, la velocidad, intensidad y dirección de su

flujo de energía se ven influidos por la presencia de materia. Así, estas

ondas pueden atravesar el espacio interplanetario e interestelar y llegar a la

Tierra desde el Sol y las estrellas. La longitud de onda (λ) y la frecuencia (ν)

de las ondas electromagnéticas, relacionadas mediante la expresión λν = c,

son importantes para determinar su energía, su visibilidad, su poder de

penetración y otras características. Independientemente de su frecuencia y

longitud de onda, todas las ondas electromagnéticas se desplazan en el

vacío con una rapidez constante c = 299792 km/s, llamada velocidad de la

luz.


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Los fotones son emitidos o absorbidos por la materia. La longitud de onda

de la radiación está relacionada con la energía de los fotones, por una

ecuación desarrollada por Planck:

Donde h se llama constante de Planck, su valor es h = 6,63 x 10-34 Js.


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2.3 Composición del Condensador

2.3.1 Cuerpo

El cuerpo es un cilindro vertical de acero inoxidable, que tiene como función

contener los haces tubulares, compuestos por los tubos, placas tubulares o

placas soporte y demás elementos que realizarán el intercambio de calor.

El cuerpo se diseña y construye con chapas de 2 mm de espesor

añadiéndole un sobreespesor cuyo mínimo determina el código HEI para

evitar la corrosión del material.

Dentro del cuerpo del condensador van ensamblados los siguientes

componentes:

Tubos

Realizan el intercambio de calor entre el vapor y el agua de refrigeración.

Sus medidas dependerán del área de intercambio necesario para conseguir

un vacío adecuado para el correcto funcionamiento del sistema. Estas

dimensiones condicionan las medidas del resto del equipo ya que van

alojados en el interior del cuerpo, unidos a las cajas de agua y placas

tubulares y soportadas por las placas soporte.

Placas tubulares

Se sitúan en ambos extremos del condensador, una por haz de tubos, a

ellas van soldadas los tubos a la entrada, salida y retorno, y son las que

comunican el haz de tubos con las cajas de agua.


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2.3.2 Cuello del Condensador

El cuello une el cuerpo del condensador con el equipo de destilación. Está

fabricado, en caso de los down flow, del mismo material que el cuerpo, con

chapas de 2 mm de espesor. Su interior esta arriostrado mediante tuberías

huecas para darle rigidez y que no se deforme ante las presiones del

interior.

El cuello, aparte de conectar la salida del equipo de destilación con el

cuerpo también posee una puerta de acceso para revisiones, en caso de

ser necesaria la verificación del estado situacional del equipo de

condensación.

Entre el cuello y la salida de turbina, se coloca generalmente una junta de

expansión, aunque pueden ir unidos directamente, en el caso de los down

flow, la junta, de acero inoxidable o de goma suele ser más estrecha, se

trata de un único compensador ya que no soporta pandeos laterales como

los axiales, que necesitan dos compensadores.

2.3.3 Pozo de Condensado

El pozo de condensado se sitúa en la parte inferior del cuerpo. Tiene las

mismas dimensiones de ancho y largo del cuerpo y su función es almacenar

el vapor condensado.

En su parte inferior se encuentran los sumideros que permiten extraer el

flujo condensado para su reutilización. Generalmente se trata de dos

conexiones cuyo diámetro vendrá dado por el flujo a extraer. La capacidad

de almacenaje, vendrá en función del vapor descargado y de las

especificaciones iniciales del equipo.


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2.3.4 Cajas de Agua

Las cajas de agua se sitúan en los extremos de los haces tubulares, a cada

lado del condensador.

Hay dos tipos de cajas de agua. Por un lado las cajas de entrada salida,

que llevan las conexiones necesarias para la entrada y salida del agua de

circulación. Por otro lado las cajas de retorno que permiten que el agua de

circulación vuelva al extremo contrario del condensador.

En el caso de condensadores de doble paso, el equipo lleva cajas de

entrada salida en un extremo y de retorno en el otro, si el condensador es

de un único paso, llevará cajas de entrada en un extremo y de salida en el

otro.

El diseño de las cajas de agua dependerá como siempre de las

especificaciones iniciales. En general se diseñan con acero al carbono y un

espesor de 16 mm con un sobreespesor que como mínimo ha de ser de 1,6

mm.

Las conexiones de entrada y salida del agua tienen un diámetro

determinado por el caudal de agua de circulación y se rigen por la norma

AWWA.

2.4 Sistemas Auxiliares

2.4.1 Sistema de Eliminación de Condensados

Como su propio nombre nos indica, dichos sistemas, también llamados de

generación de vacío, tienen como propósito eliminar del equipo de


FIQ”


destilación la mezcla de vapor y agua. Así pueden mantener el sistema a

una presión adecuada. Los sistemas más comunes son:

Eyectores

Estos sistemas eliminan condensados mediante una válvula y una tubería,

que expulsa un fluido a gran velocidad que arrastra el condensado, agua

por ejemplo, llevando a cabo la eliminación. Este sistema es el que se

utilizará para efectos del presente trabajo.

Bombas de vacío

Son los sistemas más comunes actualmente, el sistema lleva dos bombas,

una para mantener el vacío en condiciones normales y otra de reserva y

para operaciones especiales que requieran por ejemplo, obtener el vacío

con más rapidez.

Un ejemplo de este tipo de sistemas son las bombas de anillo líquido, estos

sistemas pueden ser de una o de dos etapas, en función del número de

impulsores. Utilizan un fluido de servicio mediante el cual los impulsores

transfieren energía al fluido a comprimir, se genera una capa laminar debido

a la fuerza centrífuga de los álabes de la bomba que comprime el fluido, en

este caso aire.

En un cuerpo cilíndrico parcialmente lleno de líquido se montan los

impulsores excéntricamente. Al girar, los álabes hacen que el fluido cree un

anillo que gira en el cuerpo cilíndrico creando simultáneamente un proceso

de aspiración y compresión.

Las bombas de anillo líquido tienen las siguientes características:


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Posibilidad de bombear prácticamente cualquier tipo de vapor o gas.

Compresión prácticamente isoterma.

Cámara de compresión libre de lubricante.

Bajo nivel de ruido, libre de vibraciones, y mínimo mantenimiento.

Diferentes materiales de construcción dependiendo de las propiedades del

fluido a comprimir.

A continuación se muestra una bomba de anillo líquido y un esquema del

funcionamiento.

Figura 3: Bomba de anillo líquido.


FIQ”


2.5 Sistema de Limpieza y Mantenimiento

Cuando hablamos de sistemas de limpieza, nos referimos sobre todo a la

limpieza de los tubos, ya que posibles incrustaciones o impurezas en su

interior, puede provocar que la transferencia de calor no sea óptima.

La limpieza puede hacerse de dos maneras:

Con cepillos cilíndricos que se introducen en los tubos impulsándolos con

agua a presión. Esta limpieza se puede hacer a mitad de carga de la turbina

si el condensador puede dividirse en dos partes. Si no, es necesario parar

la turbina.

Mediante la circulación de bolas esponjosas durante la marcha normal del

equipo para limpiar las paredes, también llamado taprogge.

2.5.1 Dispositivos Taprogge

Como acabamos de comentar, este sistema consiste en la circulación de

bolas esponjosas por el interior de los tubos para mantener la limpieza en

las paredes. Las esferas limpian las paredes internas de los tubos de agua

Figura 2.14. Esquema de funcionamiento de una bomba de anillo líquido.


FIQ”


de refrigeración, evitando que disminuya la transmisión de calor del vapor al

agua.

A parte de la misión de limpieza, estas esponjas evitan también la corrosión

de los tubos. El concepto de fouling o ensuciamiento comprende los

siguientes procesos:

Productos corrosivos, óxidos y sales.

Precipitación y cristalización por carbonatos, sulfatos o silicatos también

denominado scaling.

Sedimentación de partículas arenas y fangos.

Biofoulling o desarrollo microbiano.

El objetivo de la limpieza es el mantenimiento de los tubos de refrigeración.

Cuando hay que eliminar incrustaciones duras o productos de corrosión es

preciso efectuar una limpieza a fondo, que se realiza con esferas de

corindón.


FIQ”


La frecuencia de esferas (número de pasos de las esferas por tubo y hora)

depende de la carga y del tiempo de recirculación de las mismas, del

periodo de limpieza (duración de una limpieza en funcionamiento no

continuo) y del intervalo de limpieza (intervalo de tiempo entre el comienzo

de dos periodos de limpieza).

Un aumento del desgaste de las esferas indica una rugosidad superior

dentro de los tubos causada por determinadas circunstancias como la

corrosión. En estos casos hay que inyectar temporalmente, o

permanentemente, esferas de corindón o esferas pulidoras y variar, si es

preciso, el acondicionamiento del agua de refrigeración. Las distintas

medidas a tomar deben determinarse en cada caso particular. La

sustitución oportuna de las esferas desgastadas es muy importante para

lograr una limpieza eficaz. Una esfera se considera gastada si ha sido

utilizada hasta tener el diámetro interno del tubo.


FIQ”


CAPITULO III: ALGUNAS DEFINICIONES APLICADAS A LA DESTILACIÓN

3.1 Extracción por Arrastre de Vapor

Es una operación, donde el soluto a extraer se encuentra en medio sólido

para ser extraído con solvente que se encuentra en forma de gas o vapor.

Se usa por lo general para obtener sustancias volátiles de materias

orgánicas, como especias, frutos, semillas, raíces, tallos, etc., que los

contienen. Los principales productos que se extraen con este método son

los aceites esenciales y saborizantes. (LOCK, 1994)

Este tipo de extracción, es una operación en sistemas heterogéneos, donde

uno de los componentes (solvente) es el agua en forma de vapor o gas, y el

otro (soluto) un aceite esencial u otro componente que está en un medio

sólido (operación sólido – gas), pero estas consideraciones son aplicables a

todos los demás casos que se emplee una sustancia donde la esencia sea

insoluble; generalizando, todos los arrastres reciben el nombre de

codestilación y son de gran interés. La codestilación acuosa se utiliza para

extraer los aceites esenciales.

3.2 Tipos de Codestilación Acuosa

Este tratamiento se realiza, fundamentalmente, de tres formas distintas,

consistentes en tratar el material con agua hirviente, con una mezcla de

agua y vapor o con vapor seco; denominado comúnmente “destilación con

agua”, “con agua y vapor”, y “con vapor”, las que pueden realizarse a

presiones superiores o inferiores a la atmosférica.


FIQ”


3.2.1 Destilación con Agua

En esta modalidad, el material a tratar se sumerge en agua, que se hace

hervir calentando a fuego directo o mediante vapor que llega a una camisa

o serpentín cerrado. En éste método es máxima la acción química del agua

sobre el material (hidrólisis, oxidaciones) y por ello se utiliza cuando la

esencia a obtener procede de glucósidos inodoros, también resulta útil si el

material tiende a apelmazarse mucho (flores pequeñas) y cuando se

necesitan aparatos transportables, buscándose entonces alambiques

sencillos y fáciles de montar.

3.2.2 Destilación con Agua y Vapor

Se basa en colocar el material a destilar en un falso fondo que lo aísla del

agua, haciendo hervir ésta con fuego directo, vapor en camisa o serpentín.

De esta forma, el agua desprende vapores siempre saturados, entonces la

hidrólisis es mínima por no encontrarse el material en contacto con los

vapores más tiempo que el justamente necesario.

La velocidad de trabajo no es muy grande, requiriendo mucho tiempo para

el arrastre de las esencias ricas en componentes de alto punto de

ebullición. Por este sistema, no se alcanza temperaturas altas, pues

corresponde a la destilación con vapor de baja presión y produce muy

pocas descomposiciones.

3.2.3 Destilación con Vapor

Se hace pasar en ella vapor seco a través del material vegetal colocado en

columnas o cestones; el vapor tiende a recalentarse en virtud a la

resistencia opuesta a su paso por el material, y esto debe evitarse lo más

posible, ya que el mayor inconveniente del método se basa en que, cuando

están secas las membranas celulares son apenas permeables y el aceite


FIQ”


esencial no puede salir al exterior. El material se puede cargar de cualquier

forma, pues sólo presentan inconvenientes en este sistema los polvos, por

su tendencia al apelmazamiento; va muy bien para semillas, maderas y

raíces, cuyos componentes de alto punto de ebullición se arrastran así

fácilmente. (ROMERO Y OTINIANO, 1999)

El rendimiento suele ser bueno, si el material ha sufrido previamente una

trituración apropiada, y la calidad obtenida es francamente buena.

3.3 Destilación al Vacío

Es un método para destilar sustancias a temperaturas por debajo de su

punto normal de ebullición, es hacer el vacío parcial en el alambique. Por

ejemplo, la anilina puede ser destilada a 100 °C, extrayendo el 93% del aire

del alambique. Este método es tan efectivo como la destilación por vapor,

pero más caro. Cuanto mayor es el grado de vacío, menor es la

temperatura de destilación. Si la destilación se efectúa en un vacío

prácticamente perfecto, el proceso se llama destilación molecular. Este

proceso se usa normalmente en la industria para purificar vitaminas y otros

productos inestables. Se coloca la sustancia en una placa dentro de un

espacio en el que se ha hecho el vacío y se calienta. El condensador es

una placa fría, colocada tan cerca de la primera como sea posible. La

mayor parte del material pasa por el espacio entre las dos placas, y por lo

tanto se pierde muy poco.

3.4 Por Extracción con Disolventes Volátiles

En el método de extracción con solventes volátiles, la muestra seca y

molida se pone en contacto con solventes tales como alcohol, cloroformo,

etc. Estos solventes, solubilizan la esencia pero también solubilizan y

extraen otras sustancias tales como grasas y ceras, obteniéndose al final


FIQ”


una esencia impura. Se utiliza a escala de laboratorio, pues a nivel

industrial resulta costoso por el valor comercial de los solventes, porque se

obtienen esencias impurificadas con otras sustancias, y además por el

riesgo de explosión e incendio característicos de muchos solventes

orgánicos volátiles.

El factor más importante para lograr el éxito es la selección del disolvente,

el cual debe cumplir los siguientes requisitos:

Ser selectivo; esto es, disolver rápida y totalmente los componentes

odoríferos, con solo una parte mínima de materia inerte.

Tener un bajo punto de ebullición.

Ser químicamente inerte al aceite.

Evaporarse completamente sin dejar cualquier residuo odorífero.

Ser de bajo precio y de ser posible no inflamable.

3.5 Por Enflurage (Enflorado).

En el método de enflorado o enflurage, el material vegetal, generalmente

flores, es puesto en contacto con una grasa (La grasa o base consiste en

una mezcla altamente purificada de una parte de sebo y dos partes de

manteca, con 0.6% de benzoína, como conservador). La esencia, es

solubilizada en la grasa que actúa como vehículo extractor. Se obtiene

inicialmente una mezcla (concreto) de aceite esencial y grasa, la cual es

separada posteriormente por otros medios fisico-químicos. En general, se

recurre al agregado de alcohol caliente a la mezcla y su posterior

enfriamiento para separar la grasa (insoluble) y el extracto aromático

(absoluto). Esta técnica es empleada para la obtención de esencias florales

(rosa, jazmín, azahar, etc.), pero su bajo rendimiento y la difícil separación

del aceite extractor la hacen costosa. (MUÑOS, 2000)


FIQ”


3.6 Por Maceración

Consiste en remojar cubriendo el material con el solvente líquido y dejarlo

en remojo por un tiempo, sea frío o caliente, bastante utilizando en

productos naturales. Para los aceites, se realiza en frío y posteriormente se

destila el líquido resultante (macerado), para recuperar el producto

deseado. (AUSTIN, 1989).

3.7 Método con Fluido Supercrítico

El método de extracción con fluidos supercríticos, es de desarrollo más

reciente. El material vegetal cortado en trozos pequeños, licuado o molido,

se empaca en una cámara de acero inoxidable y se hace circular a través

de la muestra un fluido en estado supercrítico (por ejemplo CO2), las

esencias son así solubilizadas y arrastradas y el fluido supercrítico, que

actúa como solvente extractor, se elimina por descompresión progresiva

hasta alcanzar la presión y temperatura ambiente, y finalmente se obtiene

una esencia cuyo grado de pureza depende de las condiciones de

extracción.

Aunque presenta varias ventajas como rendimiento alto, es ecológicamente

compatible, el solvente se elimina fácilmente e inclusive se puede reciclar, y

las bajas temperaturas utilizadas para la extracción no cambian

químicamente los componentes de la esencia; sin embargo, el equipo

requerido es relativamente costoso, ya que se requieren bombas de alta

presión y sistemas de extracción también resistentes a las altas presiones.

(LOCK, 1994)

3.8 Aceites Esenciales


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Se denominan aceites esenciales a los productos generalmente volátiles y

olorosos, obtenidos al ser sometidos a la acción del vapor de agua y/o

solvente a ciertos tipos de vegetales u órganos animales, donde se

localizan en los llamados sacos oleíferos, están compuestos por sustancias

orgánicas. (MARREROS, 1998)

Los aceites esenciales son en su mayor parte insolubles en agua y solubles

en disolventes orgánicos, aunque una buena parte del aceite se alcanza a

disolver en agua proporcionando un intenso olor a la solución. Estos

aceites, tienen la volatilidad suficiente para destilarse intacto la mayor parte

de los casos y también son arrastrados con vapor. El color de los aceites

esenciales, varía desde color amarillo o café hasta incoloros, son

generalmente una mezcla de compuestos orgánicos. Los índices de

refracción de los aceites son altos, con un promedio de 1,5; aunque la

densidad es relativamente menor a la del agua. Estos aceites muestran una

gran variedad de actividad óptica (rotan en ambas direcciones) y

farmacológica. (BRAVERMAN 1967)

Estas cualidades de protección y atracción, se ven reflejadas en

propiedades tales como: antiséptico, antinflamatoria, antidepresiva,

afrodisíaca y otras, presentes en mayor o menor grado en la totalidad de los

aceites. (KOBASHI, 1998)

Nombredel Aceite

FuentesGeográficas

Métodos deProducción

Parte dela plantautilizada

Componentesprincipales

AlmendraAmarga

California,

MarruecosVapor Semillas

Benzalde

hído 96-


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98%,

HCN 2-

4%

Canela Ceilán Vapor Corteza

Aldehído

cinámico,

eugenol

JazmínFrancia,

Egipto, Italia

Pomada

FríaFlores Linalol

LimónCalifornia,

Silicia.Expresión Piel

d-

Limonen

o 90%,

citral 3.5

– 5%

NaranjaDulce

Florida,

California,

área

Mediterránea

Exprimido,

destilaciónPiel

d-

Limonen

o 90%

RosaBulgaria,

Turquía

Vapor,

disolvente,

enflurage

Flores

Geraniol

y

citronelol

75%

Tabla N°4: Principales aceites esenciales.


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CAPITULO IV: CONDICIONES Y CÁLCULOS DE DISEÑO

4.1 Variables más Importantes a tomar en Cuenta en el Diseño y Construcción delEquipo

Son aquellas variables cuyos valore sirven para determinar la cantidad de

material a emplearse en la construcción del equipo. Para el presente trabajo

se considerarán las siguientes variables de diseño y construcción:

4.1.1 Base de Cálculo y Capacidad

En el diseño se consideró un equipo de extracción cilíndrico vertical con una

capacidad base de 16.41 kg de muestra, teniéndose en cuenta que para el

tanque cilíndrico vertical, la altura debe ser mayor a su diámetro.

4.1.2 Volumen del Tanque Cilíndrico Vertical

Se determinará mediante la siguiente ecuación:

= 0.785 … (1)4.1.3 Diámetro del Tanque Cilíndrico Vertical

Para este cálculo se estima una relación de altura diámetro como 1.43 es a

1:

á = = 1.431= 1.43

Por lo tanto, si reemplazamos esta relación en la ecuación (1), el diámetro

del tanque cilíndrico vertical será:


FIQ”


= 1.111= 1.111… (2)

4.1.4 Altura del Tanque Cilíndrico Vertical

De la relación:

á = = 1.431= 1.43 … (3)

4.1.5 Dimensiones del Corte de la Plancha Para la Construcción del CilindroVertical

Para el desarrollo longitudinal de la plancha se aplica la siguiente ecuación:

= …(4)Conociendo el valor de la longitud (Ltc) se puede calcular el área lateral del

tanque cilíndrico vertical ALtc mediante la ecuación:

= …(5)


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4.1.6 Volúmen del Cono del Tanque Cilíndrico Vertical

Para el valor de esta variable se ha considerado una altura igual a h =

10cm. Además se sabe que el volúmen de un cono está dado por la

ecuación:

= 13 ℎ = 112 ℎ … (6)4.1.7 Generatriz y Ángulo Central del Cono

Conociendo los valores de radio y altura del cono, podemos emplear la

siguiente relación:

= + ℎ= + ℎ … (7)

Donde: g; generatriz.

Para calcular el angulo central α, es necesario conocer los valores de radio

y generatriz, tal como se muestra en la ecuación (7):

= 360°… (8)4.1.8 Longitud de la Circunferencia del Cono

Conociendo el valor de radio del cono, la longitud de la circunferencia del

tanque cónico se puede calcular mediante la siguiente relación:

= 2 = … (9)


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4.1.9 Área Lateral del Cono

Conociendo los valores de radio y generatriz del cono se puede calcular el

valor del área lateral del tanque cónico, tal como se muestra en la siguiente

ecuación:

= …(10)4.1.10 Área del Casquete Esférico

El casquete esférico es la parte de superficie esférica limitada por un plano

secante. Para efectos de cálculo se considerará una altura de casquete

igual a hce = 5cm y se calculará mediante la relación:

= 2 ℎ = ℎ … (11)4.1.11 Diseño Térmico del Condensador

El diseño térmico del condensador implica la determinación del área de

transferencia de calor que se requiere para enfriar el vapor de agua y el

vapor de aceite proveniente del extractor; para realizar este cálculo

utilizamos la ecuación:

= ∆ … (12)Pero como se puede apreciar en la ecuación (12), se debe calcular de

forma necesaria el diferencial de temperaturas del equipo, ya que se trata

de un intercambiador de calor cuya eficiencia se determina en base a la

cantidad de calor cedido o ganado en el sistema. Para ello usamos la

relación:


FIQ”


∆ = ∆ … (13)Donde:

∆ = ∆ − ∆ln ∆∆ ó ∆ = ∆ − ∆2.3 log ∆∆ … (14)Finalmente, podemos calcular el volumen total de condensado a obtener

durante las extracciones con la ecuación:

= + …(15)Donde:

= …(16)4.1.12 Pérdidas de Calor en Cuerpos no Aislados

Para ello utilizamos la ecuación:

= ( − )2.32 + 1ℎ … (17)4.1.13 Carga de Calor al Sistema

= ( − )… (18)4.1.14 Cálculo de la Eficiencia


FIQ”


= ( − )( − ) 100%… (19)4.2 Condiciones Iniciales a Considerar en el Diseño

4.2.1 Bases de Cálculo y Capacidad

En el diseño se consideró un extractor cilíndrico vertical, tomando una

capacidad base de 16.41 kg de muestra, ya sea hierba luisa (CymbopogonCitratus), cáscara de naranja, etc., de densidades 0.90, 0.28 kg/L

respectivamente, que ocupa el 75% del volúmen del extractor.

Sabiendo que:

=Obtenemos que:

=Donde: v : volúmen

m : masa o peso

ρ : densidad

Entonces, teniendo en cuenta la capacidad base y la densidad del aceite

esencial se obtiene:

= 16.41900 ⁄


FIQ”


= 0.01823 ≈ 18.23Sabiendo que el volumen ocupado por la materia prima es de 18.23 litros, y

que equivale al 75% del volumen del extractor, calculamos la capacidad

volumétrica del extractor:

é = 100 18.2375é = 24.3

Finalmente, debido a que la extracción se realizará por arrastre de vapor, y

este ocupará un volúmen adicional en el equipo por su capacidad de

expansión, se consideró un 25% adicional en el volúmen final.

= 24.3 + 0.25(24.3)= 30.38


FIQ”


4.3 Diseño del Extractor

4.3.1 Cálculo del Diámetro del Extractor

Para un volumen total de 30 litros (0.030 m3) y, considerando que el

extractor es de forma cilíndrica vertical, se estimó una relación Diámetro –

Altura como se muestra a continuación:

á = = 1.431= 1.43

Aplicando la ecuación para calcular el volumen de un cuerpo cilíndrico, y

teniendo en cuenta la relación altura – diámetro anterior, calcularemos el

diámetro del extractor.

= 1.111= 0.0301.111= 30

4.3.2 Cálculo de la Altura del Extractor

Con la relación establecida de H = 1.43D y el diámetro del extractor

calculado (D = 30cm) podemos obtener la altura necesaria para nuestro

componente:


FIQ”


= 1.43= 42.9 ≈ 43

Por lo tanto, para fines prácticos (experimentales), el volumen total del

extractor será el siguiente:

= 0.785= 0.785 (0.30 ) (0.43 )= 0.03038 ≈ 30

4.3.3 Cálculo de la Longitud de Circunferencia Para la Construcción del Extractor

Para calcular la longitud de circunferencia del extractor aplicaremos la

siguiente ecuación:

=Obteniendo:

= 3.14 30.4= 95.456Por lo tanto la plancha de acero inoxidable debió ser cortada con

dimensiones de 95.456 cm x 43 cm.


FIQ”


4.3.4 Cálculo de las Especificaciones del Cono Inferior

Se llama cono de revolución al sólido generado por un triángulo rectángulo

cuando gira 360° alrededor de uno de sus catetos.

=Donde: g; generatriz

r; radio de la base

h; altura

Entonces, para poder calcular el área del cono de revolución se consideró

el valor de la altura igual a h = 10 cm, pero primero calculamos la generatriz

en base al teorema de Pitágoras.

= + ℎ= (15) + (10)= 18.03 ≈ 18

Con la generatriz calculada podemos obtener el valor del área de la cara

lateral del cono de revolución y el área de la base:


FIQ”


= 3.14 15 18= 847.8

= 3.14 (15 )= 706.5

Finalmente calculamos el área de la superficie cónica:

= += 1554.3

Con un sector circular de r = 12.5cm y una generatriz g = 16cm calculamos

el ángulo de corte Ɵ del sector circular a utilizar para el cono de revolución.

Ɵ = 360Ɵ = 300°

2πrƟ


FIQ”


Por lo tanto, al momento de realizar la revolución para generar el cono

obtenemos un ángulo Ø de:

Ø = 360° − 300°Ø = 60°

De esta forma tendremos que:

= 13= 3.14 (0.30 ) 0.112 = 2.355

= 2.3554.3.5 Cálculo de las Especificaciones Técnicas del Casquete Esférico

4.3.5.1 Área del Casquete Esférico

El área del casquete esférico la calculamos haciendo uso de la siguiente

relación matemática:

= 2 ℎ = ℎAdemás, ℎ =Entonces; =


FIQ”


Donde: r; radio del cilindro.

h; altura de la zona o del casquete.

C; cuerda del arco generador del casquete.

Para el cálculo del área del casquete esférico se asumió una altura h = 5

cm, de esta forma obtenemos:

= 3.14 15 5= 235.5

4.3.5.2 Cuerda del arco Generador del Casquete

Para ello hacemos uso de la relación = , así obtenemos:

= 235.53.14= 8.66

Luego:

== 15

= 47.124 ≈ 47


FIQ”


4.3.5.3 Diámetro del Casquete Esférico

Finalmente calculamos el diámetro del casquete con la relación:

=De ésta ecuación obtenemos:

= 47 /3.14= 14.97 ≈ 15

4.4 Diseño del Condensador con Envolvente Multitubular

El Condensador con Envolvente Multitubular es el componente principal a

mostrar en el presente trabajo; para su diseño y construcción debemos

tener en cuenta lo siguiente:

4.4.1 Masa de Vapor que Arrastra el Aceite y Condensado

Para calcular la cantidad de vapor se toman los datos de laboratorio

obtenidos en los trabajos de investigación de aceites esenciales, como

mostramos a continuación:

- De 150 gramos de hojas de Albahaca, se obtuvo 60 mL de condensado.

(Mendoza 1998).

De esta forma, por proporciones, calculamos el volumen de mezcla Agua –

Aceite a obtener:


FIQ”


= 60 16410150= 6564

De esta forma obtenemos 6.564 litros de volumen de mezcla Agua – Aceite.

A este volumen de mezcla lo consideraremos en una hora de operación, por

lo tanto tendremos:

= 6.564 ℎComo tenemos el volumen total de la mezcla a obtener, y haciendo uso de

la densidad del aceite esencial a obtener, podemos calcular el volumen del

mismo. Tomaremos la densidad del aceite esencial de hierba luisa y como

ejemplo calcularemos la proporción de este aceite presente en el total de la

mezcla.

Además, consideraremos un 0.45% de rendimiento:

Partiendo de los datos: ma = 16410g x 0.0045 = 73.845g de aceite

ρa = 0.900 g/mL

Encontramos el volumen aceite:

= 73.8450.900= 82.05


FIQ”


Son 82.05 mL de aceite esencial que se espera obtener con el equipo

propuesto.

4.4.2 Diseño Térmico del Condensador Multitubular

El diseño térmico del condensador multitubular implica la determinación del

área de transferencia de calor que se requiere para enfriar el volumen de

vapor de arrastre proveniente del extractor. Con estas consideraciones

tenemos:

= +Para ello tenemos:

ρVH2O = 0.5797 g/mL (a 1atm de presión)

ρaceite = 0.900 g/mL

Entonces:

6564 = + 82.05= 6481.95

Finalmente definimos 6.564 litros de volumen del condensador.

Pero para efectos de diseño se toma un 25% adicional al volumen total

calculado, obteniendo de esta manera:

= 6.564 + 0.25(6.564 )


FIQ”


= 8.2054.4.3 Cálculo del Diámetro del Casco del Condensador

Para un condensador vertical se estima una relación Altura – Diámetro de

2.73 a 1.

á = = 2.731= 2.73

Y como el condensador es cilíndrico, calculamos el diámetro haciendo uso

de la fórmula del volumen del cilindro.

= 2.335= 0.006882.355= 14.3

4.4.4 Cálculo de la altura del Casco del Condensador

Como tenemos la relación de H = 2.73D, y un diámetro calculado de 14.3

cm obtenemos una altura de 39 cm para nuestro casco.

= 2.73


FIQ”


= 2.73 14.3= 39

- Nota: Para casos de diseño se considera una eficiencia del 95% para el

casco, obteniendo de esta forma:

= 14.30.95= 15

Así, obtenemos un diámetro final de 15 cm para el casco del condensador,

considerando una eficiencia de 95% del equipo.

4.4.5 Cálculo del Área de Transferencia de Calor y el Número de Tubos

En el diseño, para aplicar el procedimiento general, se distinguen dos

áreas:

- La de Diseño o disponible.

- La Calculada o Requerida.

Además, interviene el diferencial de temperaturas que deberá ser calculado

antes de determinar el área del equipo, así como el número de tubos.

4.4.5.1 Diferencia de Temperaturas

En la operación actual de un intercambiador de calor, la diferencia de

temperaturas es función de la geometría de la unidad y de las temperaturas

extremas.


FIQ”


Por lo general, la diferencia verdadera se estima a partir de la Temperatura

Media Logarítmica que viene expresada por la siguiente ecuación:

∆ = ∆ − ∆ln ∆∆ ó ∆ = ∆ − ∆2.3 log ∆∆ΔT2 y ΔT1, son las diferencias extremas de temperaturas y dependen del

flujo en contracorriente o en paralelo.

ΔT1 = T2 – t1

ΔT2 = T1 – t2


FIQ”


4.4.5.1.1 Cálculo de la Diferencia de Temperaturas

Para ello utilizamos la ecuación indicada en el punto 3.3.5.1.

∆ = ∆ − ∆ln∆∆∆ = ( − ) − ( − )ln ( − )( − )∆ = (100 − 27) − (29 − 25)ln (100 − 27)(29 − 25)

∆ = 23.75 °4.4.5.2 Área Calculada

El área calculada es la que, como su mismo nombre indica, resulta del

cálculo realizado durante el proceso haciendo uso de la ecuación de

diseño:

= ∆Donde:

Q, es la carga de calor (kcal/h, Btu/h)

Uo, coeficiente total Global ° , °ΔT, diferencial de temperatura (°C, °F)


FIQ”


El área provisional exige un Coeficiente Total global que, para aspecto de

diseño en intercambiadores de calor verticales con haz de tubos

asumiremos el valor de 350 ° .

Curso de los fluidos: - Lado Casco = Agua de caño

- Lado Tubos = Mezcla de vapor Agua – Aceite

El diferencial de temperatura es igual al deferencial de temperatura media

logarítmica: ΔT = ∆Para ello, calculamos Q con la ecuación 18:

= . . ( − )Donde: ω; flujo másico del fluido frío

Cpf; calor específico del agua de 10 – 200 °C. (Kern, 1999)

El agua de enfriamiento fluye a través del casco del condensador a razón

de 923.1 L/h y el calor específico del agua en el rango de temperatura

establecido es de 1 BTU/Lb.F.

Entonces obtenemos:

= 2035.09 ℎ 1.00 . (80.6 − 77 )= 7326.324 ℎ = 1846.2 ℎ


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Por lo tanto:

= 1846.2 ℎ⁄350 ℎ ° 23.75 °= 0.2221

4.4.5.3 Área de Diseño

El área de diseño es el área de transmisión de calor que brindan todos los

tubos de un intercambiador de calor.

Se calcula utilizando la siguiente relación:

=Donde:

Ad, es el área de diseño (m2)

Nt, es el número de tubos del condensador

aLt, área lateral unitaria de un tubo (m2/m)

Lt, longitud del tubo (m)

Pero antes de pasar a calcular el área de diseño, se debe calcular el

número tubos que tendrá el condensador. Para ello hacemos uso de la

misma relación utilizada para calcular el área de diseño, asumiendo que el

área disponible es igual al área requerida.

=


FIQ”


= 0.22210.015 3.14 0.39= 12.1 ≈ 13

Finalmente obtenemos:

= 13 3.14 0.015 0.39= 0.239

De esta manera obtenemos:

= 13 0.239 = 3.107= 13 0.2221 = 2.887

Por lo tanto se concluye que el condensador propuesto es satisfactorio ya

que cumple con la condición para intercambiadores de calor de que el

área disponible debe ser mayor al área requerida.


FIQ”


CAPITULO V: CONSTRUCCIÓN E INSTALACIÓN DEL EQUIPO

5.1 Selección de Materiales

La corrosión es la causa principal del deterioro de los equipos de la

industria química. La mayoría de destrucciones pueden prevenirse

escogiendo adecuadamente los materiales dentro de la gama muy amplia

que dispone el ingeniero. Entre ellos se encuentran una gran variedad de

metales, plásticos, materiales cerámicos y pinturas.

En las plantas que operan en continuo, las pérdidas en producción debido a

deterioros por corrosión son tan costosas que justifican los materiales más

costosos. En instalaciones más sencillas, puede ser más económico

seleccionar materiales de menor costo y programar limpiezas frecuentes de

los equipos para prevenir la corrosión.

Para la selección del material a utilizar en los distintos equipos dentro de

una planta es necesario tomar en cuenta los siguientes factores:

- Tamaño de planta

- Condiciones de trabajo

- Tipo de corrosión

- Adecuada información de los materiales que se puedan escoger

- Características frente a la corrosión

- Cuestiones económicas

Para asegurar la solución más económica en problemas de corrosión, es

necesario estudiar el tipo de corrosión que tiene lugar y conocer las

condiciones a las que opera el equipo, tanto las normales como los posibles

casos circunstanciales; como en paradas o puestas en marcha.


FIQ”


No suele ser interesante económicamente diseñar una planta que esté

totalmente libre de corrosión. Velocidades de 0,1 mm/año y hasta 6 mm/año

suelen ser tolerables, dependiendo del costo de los materiales alternativos;

y del grado de contaminación que puede aceptarse. En caso de

temperaturas muy elevadas, es necesario utilizar el teflón, a pesar de su

costo muy elevado y de su difícil aplicación y procesado.

A menudo la corrosión puede ser atendida mejor cuidando pequeños

detalles en el diseño que seleccionando los materiales más resistentes y

costosos. Algunos ácidos concentrados en frío suelen transportarse en

tubos de acero al carbono, siempre que la velocidad de circulación sea

inferior a 1 m/s. Debido a ello, es mejor utilizar tuberías de acero al carbono

de diámetros grandes que de acero inoxidable de diámetros pequeños.

La corrosión por picaduras de aceros inoxidables en condensadores se

puede prevenir eliminando los restos de productos remanentes cuando no

se utiliza el equipo. Por lo general en los condensadores no se requiere

materiales sumamente resistentes a la corrosión, ya que el condensado es

un líquido de alta pureza.

El acero inoxidable AISI 304 es el más versátil y uno de los aceros

inoxidables de la serie 300. Tiene excelente propiedades para el

conformado y soldado. Se puede usar para aplicaciones de embutición

profunda, de rolado y de corte.

Tiene buenas características para la soldadura, no requiere recocido tras la

soldadura para que se desempeñe bien en una amplia gama de

condiciones corrosivas. La resistencia a la corrosión es excelente,

excediendo al tipo 302 en una amplia variedad de ambientes corrosivos

incluyendo productos de petróleo calientes o con vapores de combustión de

gases.


FIQ”


Tiene excelente resistencia a la corrosión en servicio intermitente hasta 870

°C y en servicio continuo hasta 925 °C. No se recomienda para uso

continuo entre 425 – 860 °C, pero se desempeña muy bien por debajo y por

encima de ese rango.

El uso que se le da a este material es muy variado; se destacan los equipos

para procesamiento de alimentos, enfriadores de leche, intercambiadores

de calor, contenedores de productos químicos, tanques para

almacenamiento de vinos y cervezas así como también para partes para

extintores de fuego.

El acero inoxidable AISI 304 presenta las siguientes características:

- Norma de Construcción : ASTM A 276

- Propiedades Mecánicas : Resistencia a la fluencia 310 MPa (45 KSI)

Resistencia Máxima 620 MPa (90 KSI)

Elongación 30% (en 50 mm)

Reducción de área 40%

Módulo de elasticidad 200 GPa (29000 KSI)

- Propiedades Físicas : Densidad 7.8 g/cm3 (0.28 lb/in3)

- Propiedades Químicas : 0.08 % C mín

2.00 % Mn

1.00 % Si

18.0 – 20.0 % Cr

8.0 – 10.5 % Ni

0.045 % P

0.03 % S

Después de seleccionar los materiales para el equipo, hay que asegurarse

que estos han sido fabricados con las especificaciones correctas. Las


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tuberías soldadas son menos costosas que las sin costuras, pero en

situaciones corrosivas hay que especificar el tratamiento térmico a que

debe someterse el material después de una soldadura. Es indispensable

adjuntar un peligro de condiciones detallada para cada caso.

Con el objeto de revisar si los materiales de distintos equipos e

instalaciones son los correctos, es aconsejable disponer de una serie de

pruebas de fácil aplicación in situ. Entre ellos se encuentran procedimientos

químicos, chispa, mecánicos, termoeléctricos, entre otros.

Los procedimientos químicos de evaluación de materiales incluyen todas

aquellas pruebas en las que se toman en consideración las posibles

sustancias que podrían reaccionar con el material en cuestión y reducir su

vida útil.

Los métodos mecánicos de evaluación de materiales son aquellos en los

que el material es puesto a prueba bajo una serie de tensiones mecánicas,

ya sea por el proceso o bien por los distintos componentes del equipo. En

general, el equipo de destilación en su totalidad, se encuentra sometido al

poder corrosivo del vapor de agua, de esta forma se determinó la necesidad

de construirlo con un material con alta resistencia a la corrosión.

Los métodos termoeléctricos son aquellos en los que el material se ve

sometido a corriente eléctrica y a temperaturas elevadas. El fin de los

métodos termoeléctricos es evaluar el grado expansión que tiene el material

a temperaturas evaluadas, así como su resistencia al choque térmico. Por

lo que estas pruebas es aconsejable realizarla antes de la instalación del

equipo; con el fin de evitar fallas durante su funcionamiento.

Basado en los procedimientos anteriormente detallados es conveniente

utilizar métodos alternativos para disminuir la velocidad de corrosión del


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equipo. Entre estos métodos se puede mencionar el uso de recubrimientos

o pinturas especiales que aíslen la superficie metálica y eviten la corrosión.

Otro de los métodos con amplia difusión en la actualidad es la protección

catódica, la cual consiste en conectar un ánodo de sacrificio conectado a la

pierna del destilador y del condensador, de tal manera que ambos

componentes del equipo funcionen como cátodo y ceda su materia oxidada

a la pieza metálica a la que está conectada.

La protección catódica no elimina la corrosión, éste remueve la corrosión de

la estructura a ser protegida y la concentra en un punto donde se descarga

la corriente. Para su funcionamiento práctico requiere de un electrodo

auxiliar, una fuente de corriente continua cuyo terminal positivo se conecta

al electrodo auxiliar y el terminal negativo a la estructura a proteger,

fluyendo la corriente desde el electrodo a través del electrólito llegando a la

estructura. Influyen en los detalles de diseño y construcción parámetro de

geometría y tamaño de la estructura y de los ánodos, la resistividad del

medio electrólito, la fuente de corriente.


FIQ”


5.2 Materiales Empleados

- Una plancha de Acero Inoxidable AISI 304 (2.4 m x 1.2 m x 2.0 mm).

- Dos kilos de soldadura para acero inoxidable 3/32.

- Un tubo de acero inoxidable de 2” de diámetro.

- Un tubo de acero inoxidable de ½” de diámetro.

- Un tubo de acero inoxidable de ¼” de diámetro.

- Tres válvulas de acero inoxidable de ½” de diámetro.

- Dos codos de acero inoxidable de 1” de diámetro.

- Dos codos de acero inoxidable de ½” de diámetro.

- Dos uniones universales de 2” de embone.

- Dos uniones universales de 1” de embone.

- Dos niples de ½” de diámetro y 4 cm de longitud.

- Dos niples de 1” de diámetro y 4 cm de longitud.

- Cuatro pliegos de lija para fierro.

- Pegamento para metal.

- Pernos de 5/16” x 1.

5.3Descripción y Especificaciones de los Componentes Principales del Equipo

5.3.1 Tanque Cilíndrico Vertical: Características Técnicas

- Material : Acero Inoxidable AISI 304

- Diámetro : 0.30 m

- Altura : 0.40 m

- Capacidad : 30 litros

- Espesor : 2 mm


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5.3.2 Casquete Esférico: Características Técnicas


- Diámetro : 0.15 m

- Altura : 0.05 m

- Espesor : 2 mm

5.3.3 Condensador con Envolvente Multitubular: Características Técnicas


- Diámetro del Casco : 0.15 m

- Diámetro de Tubos : 0.015 m

- Altura de los Tubos : 0.39 m

- Número de Tubos : 13

5.4Vistas Principales del Equipo

Para tener una mejor visión del significado de las variables de diseño y

construcción, es conveniente observar las figuras del diseño de equipo.

En estas figuras se pueden ver claramente la representación geométrica de

cada una de las variables de diseño; así mismo, se observan las áreas del

material utilizado para la construcción del tanque cilíndrico vertical, del cono

de revolución y del casquete esférico, comparándose todos éstas secciones

con el área de la plancha de acero inoxidable.

Tesis: “Diseño, Construcción e Instalación de un Condensador con Envolvente Multitubular Para la Obtención de Aceites Esenciales Para el Laboratorio deProcesos y Operaciones Unitarias de la FIQ”


Fig. (1): Áreas del material para la construcción del Tk cilíndrico vertical, el cono de revolución y el casqueteesférico.

=a

.

b

ℎhc


FIQ”


Al Rolar y Soldar adecuadamente las Áreas que se muestran en la Fig. (1),

se debe obtener el tanque cilíndrico

vertical, con su cono de revolución y

casquete esférico, tal como se

muestra en la Fig. (2):

Fig. (2)

hc

Dtc ℎhcCasquete

TanqueCilíndricoVertical ℎ

Casquete Esférico

Cono de revolución

Tesis: “Diseño, Construcción e Instalación de un Condensador con Envolvente Multitubular Para la Obtención de Aceites Esenciales Para elLaboratorio de Procesos y Operaciones Unitarias de la FIQ”


Vista Isométrica del Condensador y Equipos Complementarios



Vista en Planta del Condensador y Equipos Complementarios


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CAPITULO VI: EVALUACIÓN DE LOS PARÁMETROS DE CONTROL DELEQUIPO

El equipo en su totalidad opera bajo las siguientes condiciones:

Temperatura de Vapor : 100 °C

Presión : 1.1 atm

Temperatura Agua de Enfriamiento : 25 °C

Volumen de condensado : 1750 mL/h

6.1 Descripción del Funcionamiento del Equipo

El equipo debe cargarse con la cantidad de materia prima a utilizar durante

la operación, previo pesado de la misma. Una vez cargada la materia prima

en el extractor, se acoplan el calderín y el condensador con envolvente

multitubular, asegurándonos de que se encuentren perfectamente ajustados

al extractor con la finalidad de evitar fugas de vapor cuando se dé inicio al

funcionamiento; de la misma forma, debemos asegurarnos que el casquete

del extractor este completamente ajustado.

Con el equipo ensamblado adecuadamente, se debe conectar la toma de

agua al condensador (entrada y salida); así mismo se debe acoplar la toma

para condensados.

Una vez calentada el agua en el calderín, el vapor generado entra al

extractor a 100 °C arrastrando el aceite esencial de la materia prima que se

está utilizando; el vapor viaja por la tubería de acero inoxidable de 1 ½” que

se conecta al condensador. Cuando el vapor entra al condensador viaja a

través de los tubos y es enfriado por agua que viaja a través del casco con

flujo contracorriente.


FIQ”


El condensado extraído es recolectado para su posterior separación por

decantación, obteniendo, de esta manera, el aceite esencial.

6.1.1 Evaluación del Condensador

Para poder evaluar el funcionamiento del condensador en función de su

rendimiento en base al diferencial de temperatura de entrada y salida

del vapor, se realizaron pruebas preliminares y otras determinativas

extrayendo aceite esencial de diferentes materias primas conocidas,

tales como hojas de hierba Luisa y cáscaras de naranja secas y frescas,

con las cuales se obtuvieron porcentajes diferentes de extracción que se

detallan en las tablas 1 y 2.

6.1.2 Balance de Energía

∆ = ∆ − ∆ln∆∆∆ = ( − ) − ( − )ln ( − )( − )

CONDENSADOR

VAPOR AGUA – ACEITE

T1 = 100 °C

COND. AGUA – ACEITE

T2 = 29 °C

AGUA ENFRIAMIENTO

t1 = 25 °C

AGUA ENFRIAMIENTO

t2 = 27 °C


FIQ”


∆ = (100 − 27) − (29 − 25)ln (100 − 27)(29 − 25)∆ = 23.75 °

6.1.2.1 En el Calderín

6.1.2.1.1 Calor perdido por las Paredes del Calderín

Puesto que el calderín no se encuentra aislado, la pérdida de calor se

calculó con la ecuación 17. El espesor del acero inoxidable es de 0.2cm, de

conductividad térmica K = 43.9 Kcal / m hºC. (Ocon-Tojo) Tabla 4.

= ( − )2.32 + 1ℎTs = 100 °C

Ta =25 °C

K = 43.9 kcal / h m °C

D1 = 25.2cm

D2 = 25 cm

ha = 13.18 kcal / h m2 °C (ha = coeficiente de transferencia de calor por

convección y radiación – Kern 1999).

= 782.34 ℎ.Por lo tanto, el calor total perdido será:


FIQ”


== 782.34 ℎ. 0.40 1ℎ

′ = 3126.1.2.1.2 Calor necesario para evaporación del agua en el calderín

Para obtener el calor necesario en el calentamiento del agua en el calderín

se utilizó las ecuaciones (18) y (19).

= ∆=

Sabiendo que, Cp = 1.008 para la variación de temperatura de 30 a 100 °C

(VIAN & OCON, 1972) Tabla 5

= 10 1.008 ° (100 − 25)°= 756

Además, λa = 540 Kcal/Kg del agua a 100 °C (VIAN & OCON, 1972) Tabla

5.

= 10 540


FIQ”


= 5400Finalmente, la cantidad de calor necesario para evaporar el agua es de:

° = +° = 6156


FIQ”


6.1.2.1.3 Calor Perdido en la Tubería de ½”

Puesto que la tubería no se encuentra aislada, la pérdida de calor se

calculó con la ecuación 17. El espesor del acero naval es de 0.2cm, de


= ( − )2.32 + 1ℎTs = 101 °C

Ta =24 °C

K = 43.9 kcal / h m °C

D1 = 1.47cm

D2 = 1.27 cm


convección y radiación – Kern 1999)


== 46.85 ℎ. 0.90 1ℎ

′′ = 42.17


FIQ”


6.1.2.1.4 Calor Perdido en el Casquete Esférico

Puesto que el casquete no se encuentra aislado, la pérdida de calor se



= ( − )2.32 + 1ℎTs = 101 °C

Ta =24 °C

K = 43.9 kcal / h m °C

D1 = 15.2cm

D2 = 15 cm




== 484.47 ℎ. 0.05 1ℎ

′′′ = 24.22


FIQ”


6.1.2.1.5 Calor Perdido en la Tubería de 2”

Puesto que la tubería no se encuentra aislada, la pérdida de calor se



= ( − )2.32 + 1ℎTs = 101 °C

Ta =24 °C

K = 43.9 kcal / h m °C

D1 = 5.28cm

D2 = 5.08 cm




== 168.29 ℎ. 1.1 1ℎ

′′′′ = 185.12


FIQ”


6.1.2.1.6 Calor Perdido en las Paredes del Extractor

Puesto que el casquete no se encuentra aislado, la pérdida de calor se



= ( − )2.32 + 1ℎTs = 101 °C

Ta =24 °C

K = 43.9 kcal / h m °C

D1 = 30.2cm

D2 = 30 cm




== 962.57 ℎ. 0.40 1ℎ

′′′′′ = 385.03


FIQ”


6.1.2.1.7 Calor Total

Es la sumatoria de los calores sensible y latente, así como de los calores

perdidos:

= + ° + + + ´´´´ + ′′′′′= 7104.54


FIQ”


6.2 Ensayos y Pruebas de Funcionamiento del Equipo

Se realizaron tres (03) pruebas de funcionamiento del equipo condensador

multitubular, en el cual se evaluó el diferencial de temperatura a la entrada

y salida del equipo de ambos fluidos (vapor-condensado y agua de

enfriamiento), con la finalidad de determinar los parámetros óptimos de

operación. (Ver Anexos: Cuadro N°1)

6.3 Análisis de los Resultados Obtenidos

Durante cada prueba de funcionamiento se operó el equipo durante una

hora de tiempo límite, anotando los datos de temperatura de entrada y

salida de ambos fluidos, tiempo de vaporización del agua, flujo de agua al

condensador y el peso de materia prima utilizada.

Con los datos anotados, se procedió a calcular el diferencial de temperatura

experimental, encontrándose un ΔT de 23.75 °C, en función de las

temperaturas del fluido caliente y el fluido frío (el fluido caliente entró al

sistema a una temperatura de 100 °C y salió del mismo a una temperatura

de 29 °C. En el caso del fluido frio, entró al sistema a 25 °C y salió a 27 °C).

Los resultados obtenidos durante las pruebas se muestran en los cuadros

N° 1 y 2.


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6.3.1 Cálculo de la Eficiencia del Condensador

Para ello utilizamos la ecuación 19:

= ( − )( − ) 100= (100 − 29)°(100 − 25)° 100%

= 94.67%En función de la cantidad de Aceite Esencial Obtenido:

= 100Peso de Aceite Esencial = Volúmen/Densidad = 24 / 0.9 = 26.67

= 26.676000 100%= 0.44%


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6.4 Determinación de las Condiciones Óptimas (Parámetros) de Funcionamiento

Presión de Funcionamiento : 1 atm

Temperatura de entrada del Vapor : 100 °C

Temperatura de Salida del Condensado : 29 °C

Caudal del Agua de Enfriamiento : 15.385 L/min

Temperatura del Agua de Enfriamiento (entrada) : 25 °C (O considerar

Temperatura Ambiente).

Flujo en el Equipo del Agua de Enfriamiento : Contracorriente.

Tiempo de Operación : 1 Hora

6.5 Otro Usos y Aplicaciones

El equipo diseñado y construido en esta tesis, es un equipo versátil, ya que

no solo pude ser aplicado a la extracción de aceites esenciales, sino que

también pudiera emplearse para la extracción de alcohol a partir de jugo de

caña, siempre y cuando se adapte correctamente a un extractor diseñado

para esos fines.

Cabe señalar que el equipo en mención no sólo puede usarse en flujo

contracorriente, sino que, también, haciendo la conexión de entrada de

agua conveniente, puede usarse con flujo paralelo con el vapor, pudiéndose

determinar eficiencias con ambos flujos.


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6.6 Manual de Instrucción para el Funcionamiento del Condensador conEnvolvente Multitubular

El equipo es un condensador con envolvente multitubular para obtener

aceites esenciales que se encuentra conectado a un extractor, que opera

por arrastre con vapor de agua, producida en su calderín conectado en la

parte inferior. Antes de cada prueba, verificar el estado del equipo, como

son las conexiones de las abrazaderas, la limpieza, etc., esencial para el

buen funcionamiento de éste, una vez hecho esto se encuentra listo para la

prueba en blanco.

En caso de funcionamiento continuo y con la misma materia prima, la

prueba en blanco no es necesaria.

Prueba en Blanco

Colocar agua en el calderín por medio del tapón de abastecimiento al

sistema, con un volumen aproximado de 10 lt. Cerrar el tapón

adecuadamente para evitar fugas de vapor. Luego encender la fuente de

calor (cocina industrial a gas), para empezar el calentamiento y la corrida en

blanco por aproximadamente 30 minutos, tiempo suficiente para eliminar los

trazos de productos u olores que quedaron impregnados de anteriores

extracciones.

Una vez pasado el tiempo suficiente de la prueba en blanco, apagar la

fuente de calor y dejar enfriar un tiempo prudencial, mientras se descarga el

calderin y se prepara la carga de material a extraer, posteriormente

destaparlo quedando listo para cargarlo con la materia prima.


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Carga de Material

Antes de colocar la muestra en la canasta, debe ser acondicionada (cortada

o triturada según su naturaleza, por ejemplo la hierba luisa debe cortarse

más grande que el tamaño de los agujeros de la canastilla, las cáscaras

cortar en trozos de aproximadamente 2 cm2).

Acondicionamiento de materia prima (hojas).

Para cargar debe sacarse la canasta del equipo, abriendo la tapa superior y

tirando hacia fuera la canasta (6 a 16 Kg., según la naturaleza de la materia

prima). Luego de completado la carga, se coloca la canasta dentro del

extractor y se sella bien la tapa, con los pernos y empaquetadura de

seguridad antes de proseguir.

Carga de la materia prima


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Puesta en Operación

Luego de cargar la muestra a extraer se procede a llenar el calderín como

se indicó anteriormente pero esta vez un volumen de 13 litros, después de

llenado del calderín se cierra correctamente el tapón de abastecimiento.

Verificar la válvula de drenado se encuentre bloqueada de tal forma que no

exista perdida de calor a causa de esta. Durante el funcionamiento drenar

cada 15 minutos aproximadamente para evitar inundación por condensado

en el sistema.

Luego se procede a llenar con agua el condensador por medio de la llave

de abastecimiento de la red pública, graduando la salida para garantizar la

eficiencia del condensador.

Terminando la carga de agua (calderín y condensador) y materia prima, se

procede a colocar y encender la fuente de energía calorífica (cocina

industrial a gas).

Esperar a que comience la ebullición, (entre 30-45 minutos) y anotar el

punto de burbuja (cerca de 96 ºC) que es cuando empieza a salir las

primeras gotas por el condensador.

Luego se recoge el producto hasta que se considera que ya no sale aceite,

variando según la materia prima.

Durante la operación debe revisar continuamente que el condensado salga

totalmente frío y que la pera de decantación no se desborde.


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Terminando la extracción (según el punto 4), se apaga la fuente de calor y

luego de unos minutos, desconectar la alimentación del condensador, dejar

enfriar el tiempo necesario.

Pasando un tiempo prudencial 30 min, debe descargarse primero el

calderín, luego abrir la tapa superior y sacar la canasta que contiene la

muestra, para que enfríe y sea colocada como desperdicio. Después de

eliminado el residuo, lavar la canastilla, secarlo y guardarlo. También el

equipo debe ser lavado.

En caso de cambiar de materia prima, se debe hacer una corrida de agua,

que permita una buena limpieza del equipo, en especial de la descarga de

vapor.

6.6Aspectos de Seguridad e Higiene Industrial

La limpieza del equipo es muy esencial, ya que después de cada operación

todo el equipo necesita ser lavado, para tal caso se hace una corrida con

agua por espacio de unos 30 minutos después de que empiece a hervir el

agua, para eliminar los olores de la extracción anterior, ya que este queda

siempre impregnado en partes del equipo y la tubería.

Esperar al menos unos 30 minutos de enfriado el equipo para hacer la

limpieza, drenando el calderín con cuidado puesto que el tapón está

caliente.

Verificar las empaquetaduras y las abrazaderas que conectan las partes del

equipo estén bien conectadas y ajustadas para evitar fugas de vapor.

Mantenerse a una distancia prudencial del equipo ya que no se encuentra

aislado y se puede sufrir quemaduras.


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Usar zapatos de seguridad, guantes para altas temperatura, protección

visual y ropa de seguridad (Mandil).


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CAPÍTULO VII: ANÁLISIS DE COSTOS

7.1 Costos De Diseño

Para determinar los costos de diseño, se considera el 15% del costo de los

materiales de construcción (Díaz et. al. 1992). (Tabla nº 08)

Costo de diseño = S/. 1483.00 (0.15) = S/. 222.45

Costos De Materiales

Nº ARTÍCULOS

PRECIO

TOTAL

(S/.)

1Plancha de Acero Inoxidable AISI 304 (2.4 m x

1.2 m x 2.0 mm).367.50

2 Kg. De soldadura para acero inoxidable 3/32. 140.00

1 Tubo de acero inoxidable de 4” de diámetro. 215.00

1 Tubo de acero inoxidable de 2” de diámetro. 112.00

1 Tubo de acero inoxidable de ½” de diámetro. 54.00

1 Tubo de acero inoxidable de ¼” de diámetro. 47.00

3Válvulas de acero inoxidable de ½” de

diámetro.81.00

2 Codos de acero inoxidable de 1” de diámetro. 10.00

2 Codos de acero inoxidable de ½” de diámetro. 8.00

2 Uniones universales de 2” de embone. 8.00

2 Uniones universales de 1” de embone. 6.00

Tabla nº 08: Cantidad y costo de materiales


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2 Niples de ½” de diámetro y 4 cm de longitud. 10.00

2 Niples de 1” de diámetro y 4 cm de longitud. 20.00

4 Lija para fierro. 2.00

1 Pegamento para metal. 10.00

24 Pernos de 5/16” x 1. 24.00

1 Pera de decantación 127.00

TOTAL 1483.00

7.2 Costos de Construcción e Instalación

En la construcción del equipo se considerará el pago de un maestro

soldador y su ayudante que fue de S/. 1150.00

Los costos de instalación representan un 10% de los costos totales de los

materiales empleados en la construcción (Díaz, Juan et. al. 1992)

Costos de instalación = S/. (1 483.00 x 0.10) = S/. 148.30

Total de los costos de construcción e instalación = S/. 1298.30

Fuente: Proyecto


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Costos de Ensayos y Pruebas de Funcionamiento

ProductoCantidad

(Kg.)

Costos

(S/)

Horas de

operación

(h)

Cáscaras de

naranja11 Kg. 5.00 3

Hierba luisa 6 Kg. 11.50 2

Sub totales 5.00

Total S/. 16.50

Se realizaron 03 corridas de cada materia prima. (Tabla nº 09)

Entonces:

Total = 16.50 x 3 = S/. 49.50

Tabla nº 09: Costos de pruebas de funcionamiento

Fuente: Elaboración propia.


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Producto Cantidad Costo

TransporteS/.

30.00

agua 3.98 m3S/.

4.00

Gas 1 balonS/.

52.00

Total S/. 86.00

7.3 Costo Total

Es la suma total de los costos del material, de los costos de operación y de

otros gastos.

Costo total = costo de diseño + costo material + costo de construcción e

instalación + costo operación + costos varios.

Costo total = S/. (222.45 + 1 483.00 + 1298.30 + 49.5 + 86.00)

Costo total = S/. 3139.25

Tabla nº 10: Costos varios

Fuente: proyecto


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RESULTADOS Y DISCUSIONES

Los más importantes logros del equipo motivo de esta tesis, con referencia al

equipo de SALAS & LOPEZ (2006), son su rendimiento, versatilidad y

funcionalidad, que a continuación se detallan.

Diseño

Construido de Acero inoxidable AISI 304, tiene un sello hermético que cuenta con

8 pernos de 5/8” tanto en la parte superior como inferior .el cual evita la fuga del

vapor saturado y del condesado, cuenta con 13 tubos de ½” de diámetro y 0.39 m

de longitud, cuenta con entrada y salida de agua de enfriamiento laterales de 5/8”

de diámetro. El empleo de un sistema generador de vapor independiente (calderin)

permite el uso de fuentes de energía barata y de fácil acceso en la zona (gas, leña

y/o carbón).

SALAS & LOPEZ (2006) diseñaron un equipo portátil de extracción de aceites

esenciales por arrastre de vapor, cuyo sistema de sellado hermético cuenta con

bisagra y sistema de auto clave, el cual evita la fuga del vapor saturado y el aceite

esencial. El diseño portátil de este equipo permite abaratar costos puesto que la

extracción se realiza tanto en el laboratorio de procesos unitarios como en el

campo.

Construcción

La importancia en la construcción de un equipo condensador, radica en el uso de

acero inoxidable, ya que este material es resistente a la corrosión por humedad, y

a su vez garantiza un producto libre de impurezas. Al contar con 13 tubos

verticales reduce en gran cantidad la temperatura del condensado obteniendo un

producto final a temperatura ambiente.


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SALAS & LOPEZ (2006) quienes utilizaron un condensador, según diseño, consta

de dos partes, carcasa (de acero al carbón tipo naval) y serpentín (de cobre); es

de forma cilíndrica y está colocado en posición vertical donde se obtuvo

condensado a 50 °C, demostrándose así que la eficiencia del condensador es

menor a la de nuestro equipo.

Instalación

La versatilidad en este equipo, se cimienta en que el equipo principal que es el

condensador y los complementarios (extractor y calderín), esta hechas de una

sola base desmontable que facilita su acondicionamiento en cualquier lugar que

tenga una fluida toma de agua. SALAS & LOPEZ (2006), instalaron un equipo que

las partes (extractor y calderín) están colocadas en un armazón, edificadas por

tubos de fierro galvanizado y el condensador es un equipo aparte que está hecho

de Acero al carbón tipo naval, que necesita de un lugar amplio para su

funcionamiento.

Eficiencia

En el caso de SALAS & LOPEZ (2006), el rendimiento alcanzado por su equipo

está entre 68 - 69% en base a la variación de temperatura del vapor a condensar.

Comparando con nuestro equipo, el rendimiento es de 94.67%, ya que al tener 13

tubos brinda mayor superficie de contacto para condensar el vapor.


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CONCLUSIONES

- Se efectuaron los cálculos de diseño para la construcción del condensador

con envolvente multitubular como se muestra en el capítulo 4, obteniendo

especificaciones de 0.15m de diámetro, 0.39m de altura, 13 tubos de ½” de

diámetro, a través de los cuales fluye el vapor a condensar con el equipo y

tubos laterales de 5/8” de diámetro para la entrada y salida del agua de

enfriamiento al casco del condensador.

- Se seleccionó el Acero Inoxidable AISI 304, debido a su elevado nivel de

resistencia a la corrosión y a altas temperaturas (hasta 925 °C) en uso

continuo, y demás características especificadas en el capítulo 5.1.

- Se construyó en base a los cálculos de diseño realizados en el capítulo 4 y

emplearon los materiales seleccionados en el capítulo 5, con

especificaciones técnicas de seguridad y una eficiencia de 94.67% para

garantizar un óptimo funcionamiento del equipo durante su operación.

- Se determinó los parámetros adecuados de operación y funcionamiento del

equipo, como se muestran en el capítulo 6.4.

- Se elaboró el manual de instrucción de funcionamiento del equipo como se

muestra en el capitulo 6.6.


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RECOMENDACIONES

Durante la operación:

- Verifique que no existan fugas de vapor en el sistema para evitar mayores

pérdidas de calor y garantizar un óptimo funcionamiento del condensador.

- Evitar llenar el calderín a su máxima capacidad ya que al momento de la

ebullición, esta se desplazará hasta entrar al extractor, incrementando el

tiempo de vaporización del sistema.

- Utilizar siempre los equipos de protección adecuados para la operación, ya

que se trabaja con superficies y fluidos a elevadas temperaturas.

- Trabajar con el Sistema Abierto, para evitar presurizar el sistema por

encima de la presión de Diseño.

Para el Equipo:

- Evaluar la posibilidad de instalación de aislantes térmicos, para minimizar el

tiempo de vaporización del sistema.

- Instalar equipos de medición digitales, tales como manómetros,

termocuplas, etc.

- Evaluar la posibilidad de automatizar el equipo.


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REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

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ANEXOS

Cuadro N°1. Resultados obtenidos durante las corridas de prueba.

M.P TEntrada

(°C)

TSalida

(°C)

Eficiencia(%)

VolumenCondensado

(mL)

TiempoOperación

(h)

AceiteObtenido

(mL)

CáscaradeNaranjaSeca

101 29 96.00 1420 1 25

CáscaradeNaranjaFresca

100 30 93.33 1300 1 22

HierbaLuisaFresca

100 29 94.67 1750 1 24


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Figura A:


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Cuadro N° 2


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Ensamblaje y Despiece del Equipo






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Pruebas de Funcionamiento


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Documents

TESIS: Diseño, Construcción e Instalación de un ... “Diseño, Construcción e Instalación de un Condensador con Envolvente Multitubular Para la Obtención de Aceites Esenciales