articulo operaciones unitarias

7/24/2019 Articulo Operaciones Unitarias

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Universidad Nacional Autnoma de

Mxico

Facultad de Estudios Superiores CuautitlnEvaluacin de un Recuperador de Calor en una Industria Frigorifica

Garcia Eysais Iris Angelica

Garcia Salinas Rodrigo

Muoz Ledeza Arturo

Mondragon Ala Rosa

Grupo: 1551 Qumica Industrial

Fecha de entrega: 30 de Octubre 2015


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INTRODUCCION

Este artculo analiza un sistema de recuperacin de calor instalado en una

instalacin de refrigeracin industrial. En el anlisis !ue parte de las lecturas

comparati"as de parmetros de operacin de la instalacin se determin la

efecti"idad del intercam#io t$rmico el incremento en la e%ciencia del sistema

de refrigeracin as como el com#usti#le a&orrado por concepto de

calentamiento del agua en la industria. 'os resultados o#tenidos reportaron

!ue el dise(o t$rmico #asado en intercam#io de calor en espacios anulares

permite un a&orro importante de recursos ) un ele"ado ndice de

apro"ec&amiento t$rmico

El a&orro de portadores energ$ticos es una de las principales fuentes de

recursos. 'a toma de medidas para la disminucin de los costos es una

necesidad ) una responsa#ilidad para poder lle"ar adelante el

apro"ec&amiento e%ciente de las capacidades instaladas. * partir de la +ltima

d$cada el #alance de calor en el rea de la refrigeracin industrial se &acon"ertido en parte cient%ca del o#,eto de tra#a,o de muc&as empresas en el

mundo. Esta "isin se de#e a la posi#ilidad de aumentar la e%ciencia

energ$tica mediante esta "a fa"oreciendo considera#lemente al proceso de

condensacin del refrigerante e incidiendo en una reduccin considera#le de

los costos de calentamiento de agua.

El desarrollo de m$todos de e"aluacin del calor recuperado !ue in"olucran la

e-erga transferida para cada componente del sistema /0 sir"ieron de #ase a

estudios recientes 10 !ue proponen estrategias de control para asegurar una

respuesta esta#le en sistemas de recuperacin de calor industrial para

alcanzar un rendimiento satisfactorio del proceso de recuperacin de calor.

* partir de un con,unto de de lecturas comparati"as de parmetros de

operacin de la instalacin de refrigeracin industrial ) aplicando el m$todo de

e"aluar el n+mero de unidades t$rmicas transferidas por unidad de rea en

funcin de la efecti"idad 2NTU3 efecti"idad4 50 se o#tienen los elementos

necesarios para el desarrollo de esta in"estigacin.

Desarrollo del 6ro)ecto

El recuperador de calor !ue se e"al+a en esta in"estigacin se dise(a a partir

de los elementos e-puestos por el profesor 7ernando 8rossard en laConferencia Internacional del IIR 9Natural Refrigerant: en Dinamarca en ;


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peridicamente por su parte inferior. En este artculo se e"al+a el recuperador

de calor propuesto un intercam#iador de calor ms compacto ) de menor

costo de construccin ) e-plotacin. Esta e"aluacin tiene en cuenta

elementos del funcionamiento del e!uipo como intercam#iador de calor

"alorando el impacto de la recuperacin de calor en el sistema de

refrigeracin as como elementos del a&orro de com#usti#le en la generacinde "apor de la instalacin industrial. Esta e"aluacin permitir poner

e"idencias cuantitati"as so#re la aplicacin de esta t$cnica en instalaciones

industriales. El recuperador de calor instalado tiene caractersticas no"edosas

en su construccin ) funcionamiento. *m#os ?u,os circulan en espacios

anulares en contracorriente con entrada a-ial tangencial para aumentar el

tiempo de permanencia de los ?uidos ) ele"ar la tur#ulencia de su

&idrodinmica 27ig. @4. No e-isten referencias en la literatura cient%ca a#ierta

del empleo en Cu#a de esta tecnologa en sistemas de refrigeracin

industriales de do#le etapa !ue empleen amoniaco como refrigerante.

'as dimensiones fundamentales del e!uipo dise(ado ,unto a las mediciones de

su e-plotacin son de "ital importancia para su e"aluacin. El dimetro e-teriore interior del anulo por el cual ?u)e el agua tiene medidas de de A.A>/ m

A.A>A m respecti"amente. El dimetro e-terior del tu#o ciego !ue corresponde

al dise(o fue de A.A1@ m !uedando el dimetro interior del nulo por el cual

circula el amoniaco en A.A=5 m. 'a longitud de intercam#io de calor fue de @/

m.


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'as mediciones de temperatura del agua a la entrada 2Te B@O 4 ) salida 2Ts

B@O 4 ) del amoniaco a la entrada 2Te NB4 ) salida 2Ts NB4 se lle"aron a

ca#o mediante un termmetro digital Electro3Term odelo RB//* de un rango

31A A C &asta @AA A C con una apreciacin de A.A; A C. 'a medicin del ?u,o

del agua 2mB@O4 se realiz por el m$todo de aforo utilizando para ello un

recipiente graduado en mililitros ) un cronmetro. 6ara efectuar las medicionesde presin en el sistema nos au-iliamos de los manmetros instalados en la

industria. *po)ndose en un ampermetro de ganc&o 7luFe /* odelo @; )

un analizador de red 7luFe 1A serie II se pudo determinar el "olta,e 2G4 ) el

ampera,e por fase de los motores instalados en los compresores 2Ip4 ) el factor

de potencia 2cos4.

6ara la e"aluacin del e!uipo se emplea el m$todo NTU3efecti"idad. Este

m$todo fue desarrollado por primera "ez en detalle por Ha)s . ) 'ondon *. en

;> ;A0 ) se #asa en determinar la cantidad de calor transferida respecto a

la m-ima cantidad de calor posi#le a transferir durante el proceso dado. En

esta e"aluacin se consider el funcionamiento esta#le del sistema derefrigeracin e,ecutando la toma de datos en los periodos de funcionamiento

esta#le ) a partir de id$ntica carga frigor%ca partiendo de la "ariacin del ?u,o

del agua del intercam#iador. Esta "ariacin del ?u,o pro"oca un reacomodo de

los parmetros del sistema de refrigeracin por lo !ue fue necesario antes de

cada toma de mediciones o#ser"ar un inter"alo de tiempo razona#le para

lograr esta#ilidad nue"amente en el sistema

e pudo o#tener la "ariacin de diferentes indicadores del comportamiento del

intercam#iador de calor. 6ara el anlisis fueron tomados los datos del sistema

operando en r$gimen estacionario "ariando el ?u,o de agua dentro de

determinado rango !ue permite la o#tencin de temperaturas de salida delagua entre 1> o C )


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e puede o#ser"ar !ue la efecti"idad del e!uipo se mantiene en "alores por

encima del =A J en prcticamente todo el rango de operacin. Esto nos indica

!ue el recuperador se encuentra operando con una #uena efecti"idad. olo a

partir de un ?u,o de agua superiores a AA> FgKs se e-perimenta un descensode este indicador.

El parmetro de la e%ciencia en un intercam#iador re%ere en !u$ medida el

intercam#io de calor se realiza a la m-ima temperatura. En lo referente a un

recuperador de calor el ?u,o agua est limitado &asta cierto ni"el )a !ue es

desea#le un determinado ni"el t$rmico en el ?uido termoportador para ser

apro"ec&ado de manera efecti"a. Considerando lo anterior ) "alorando !ue la

e%ciencia de un intercam#iador de calor operando en r$gimen estacionario

de#e estar por encima de >J para ser considerada acepta#le su e-plotacin

podemos a%rmar en el caso e"aluado !ue el ?u,o de agua entre AA FgKs ; A CK#ar como promedio. 'a

incorporacin de este intercam#iador de acuerdo con el es!uema planteado

2%gura ;4L pro"oca la disminucin de la temperatura de condensacin del

refrigerante ) la presin en la descarga de los compresores tal como se

aprecia en la ta#la;. Estos resultados fundamentan la causa de la disminucin

aprecia#le en la potencia entregada por el motor del compresor del sistema de

refrigeracin.


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El coe%ciente de operacin 2CO64 es el indicador de la e%ciencia t$rmica mas

usado para e"aluar el desempe(o de un sistema de refrigeracin.

El agua caliente o#tenida en el recuperador de calor tiene multiples usos

industriales uno de ellos es el a#astecimiento del sistema de generacin de

"apor. En la industria donde se u#ica el recuperador de calor se apreci una

disminucin de A@ FgK& en el com#usti#le re!uerido por el sistema degeneracin de "apor para el calentamiento del agua. Esta disminucin est

respaldada con los registros diarios en la propia instalacin lo cual &a

corro#orado la "alidez de los resultados o#tenidos. 'a %gura > ilustra una

correspondencia entre el consumo de com#usti#le 2Mcom#4 necesario para el

proceso de generacin de "apor de la industria ) la temperatura del agua de

salida del recuperador de calor. Es posi#le apreciar !ue e-iste un punto de

operacin !ue permite alcanzar una temperatura de alrededor de /AC en el

agua de salida del recuperador ) un consumo de com#usti#le de A.5 FgK& en la

instalacin de generacin de "apor. Considerando !ue la calidad de esta

recuperacin de calor esta determinada por el ni"el de temperatura del agua )

tomando en cuenta !ue el e!uipo se de#e operar con ni"eles de efecti"idad

por encima de A.= podemos recomendar !ue el ?u,o de agua a operar en el

sistema sea de A FgKs )a !ue garantiza parametros adecuados desde el

punto de "ista t$rmico garantizando una temperatura del agua de salida de

alrededor de /AC . 'a cantidad de energa !ue es posi#le recuperar desde la

descarga del compresor depender de la temperatura mnima del proceso a

donde ser destinada. En el sistema o#,eto de estudio el calor es recuperado

para el suministro del sistema de generacin de "apor lo cual re!uiere

temperaturas ele"adas. i el uso primordial del agua caliente no re!uiriera

ni"eles tan ele"ados en la temperatura 2limpieza procesos industriales4 el

anlisis podra deri"ar en otros resultado )a !ue es posi#le mantener ni"elesele"ados de efecti"idad empleando ?u,os agua cercanos a A.A> FgKs. e

recomienda un anlisis del uso del agua caliente producto del proceso de

recuperacin de calor para indicar el ?u,o de agua al cual operar el sistema

realizando un anlisis t$rmico asociado !ue garantice una operacin e%ciente

del intercam#iador de calor. Galorando una temperatura del agua a la salida del

recuperador de =AC los ndices de calor recuperado de A;> Ft$rmico K


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Frefrigeracin superior al reportado por Reindl D.T. 2A;; F t$rmico K

Frefrigeracin4 ;10 en la recuperacin de calor en sistemas de compresores

de tornillo

Conclusiones

'os resultados o#tenidos muestran !ue el desempe(o del recuperador de calor

instalado se encuentra operando con ndices adecuados de efecti"idad 2=/J4

con una e%ciencia superior al >J para =5.


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RE7ERECI*

osu$ Im#ertPMonzlez Reinaldo MuillenPMordn: E"aluacin de un

recuperador de calor en una industria frigor%ca: Ingeniera ecnica. Gol. ;/.

No. ; enero3a#ril @A;1 p. ;@3@;

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