Necesito ayuda con el dimensionamiento de un serpentín
Necesito en forma urgente me ayudes con el dimensionamiento de un serpentín.
Los datos son los siguientes:
Caso 1
Tiempo 40 min
Volumen: 1380lts
Presión de vapor:2barg
Fluido a calentar : agua
Caso2
Tiempo 40 min
Volumen:2000lts
Presión de vapor 2 barg
Fluido a calentar agua
Para ambos casos necesito lo siguiente:
Masa de vapor a ocupar
cantidad de kcal/h
¿Superficie calefactora
se necesita ocupar la MLDT?
Ojala si pudieras me mandas el desarrollo de este ejercicio, lo necesito en forma urgente.
Te lo agradeceré si me ayudas antes del miércoles
Disculpa por la presión en el tiempo pero no tengo a más nadie qaquien recurrir.
Los datos son los siguientes:
Caso 1
Tiempo 40 min
Volumen: 1380lts
Presión de vapor:2barg
Fluido a calentar : agua
Caso2
Tiempo 40 min
Volumen:2000lts
Presión de vapor 2 barg
Fluido a calentar agua
Para ambos casos necesito lo siguiente:
Masa de vapor a ocupar
cantidad de kcal/h
¿Superficie calefactora
se necesita ocupar la MLDT?
Ojala si pudieras me mandas el desarrollo de este ejercicio, lo necesito en forma urgente.
Te lo agradeceré si me ayudas antes del miércoles
Disculpa por la presión en el tiempo pero no tengo a más nadie qaquien recurrir.
Respuesta de rdrm
1
No tengo correlaciones de ha a mano pero sería tal que así:
Q_agua=m_agua*(75-20)
Q_vapor=m_vapor*lambda
lambda es del orden de 2000-2500 kj/kg, míralo en alguna tabla para esa presión.
Q_agua=Q_vapor
m_agua sería otro dato del problema;
por otro lado:
P_vapor=A*U*(T_ext-T_int)
La T_int es la del vapor a esa presión y la exterior es una incógnita, A es el área de intercambio y la temperatura exterior la vamos a suponer constante,
U=1/(1/h_i+R+1/h_e)
H_i y R las despreciamos, y multiplicaremos P_vapor por 1.2 para tener en cuenta las hipótesis realizadas, y las pérdidas al exterior, por lo que nos queda:
U=h_e que es el coeficiente de película que tienes que calcular.
Ahora podías plantear un problema de transitorio pero no tiene cuenta, sería:
densidad*c_p*dT/dt=A*U*(Text-Tint), pero con las hipótesis realizadas no tiene cuenta sino que coges el coeficiente de película menor para el intervalo entre 20y 75 como temperatura exteriory calculas elárea del serpentín.
Con el área del serpentín y el caudal del vapor antes calculado puedes calcular ya la longitud delserpentín así como su diámetro, el espesor del serpentín será tal que resita la presión del vapor, normalmente será de acero (o de cobre), y ahora una vez con los datos obtenidos calcula la resistencia térmica del acero y comprueba que es mucho menor que la del coeficiente de película exterior, el coeficiente de película interior supondría un error del 0,1-0,5%, por lo tantono hace falta que lo compruebes.
Y ahora si te sale R_acero alta, entonces vuelves a hacer el problema teniendo en cuenta dicha resistencia perocon elcoeficiente de 1.2 te aseguro que no hace falta.
Q_agua=m_agua*(75-20)
Q_vapor=m_vapor*lambda
lambda es del orden de 2000-2500 kj/kg, míralo en alguna tabla para esa presión.
Q_agua=Q_vapor
m_agua sería otro dato del problema;
por otro lado:
P_vapor=A*U*(T_ext-T_int)
La T_int es la del vapor a esa presión y la exterior es una incógnita, A es el área de intercambio y la temperatura exterior la vamos a suponer constante,
U=1/(1/h_i+R+1/h_e)
H_i y R las despreciamos, y multiplicaremos P_vapor por 1.2 para tener en cuenta las hipótesis realizadas, y las pérdidas al exterior, por lo que nos queda:
U=h_e que es el coeficiente de película que tienes que calcular.
Ahora podías plantear un problema de transitorio pero no tiene cuenta, sería:
densidad*c_p*dT/dt=A*U*(Text-Tint), pero con las hipótesis realizadas no tiene cuenta sino que coges el coeficiente de película menor para el intervalo entre 20y 75 como temperatura exteriory calculas elárea del serpentín.
Con el área del serpentín y el caudal del vapor antes calculado puedes calcular ya la longitud delserpentín así como su diámetro, el espesor del serpentín será tal que resita la presión del vapor, normalmente será de acero (o de cobre), y ahora una vez con los datos obtenidos calcula la resistencia térmica del acero y comprueba que es mucho menor que la del coeficiente de película exterior, el coeficiente de película interior supondría un error del 0,1-0,5%, por lo tantono hace falta que lo compruebes.
Y ahora si te sale R_acero alta, entonces vuelves a hacer el problema teniendo en cuenta dicha resistencia perocon elcoeficiente de 1.2 te aseguro que no hace falta.
Si tienes mucha prisa, supón un coeficiente de película de h=10000-12000 W/m^2*k, siendo vapor la temperatura en el interior del serpentín es constante así como la temperatura, hay correlaciones para calcular coeficientes de película en fluidos con cambio de fase, pero en estos momentos no dispongo de ellas y además esta resistencia térmica es despreciable al ser tan alto el coeficiente de película.
Verás que la resistencia controlante será el coeficiente de película exterior, para poder resolver el problema me haría falta la temperatura del agua, a calentar, inicial y final.
Puedes despreciar el coeficiente de película del interior, en el exterior el intercambio se produce `por convección natural, por lo que el coeficiente de película lo puedes estimar con lascorrelaciones correspondientes, si quieres puedes despreciar la resistencia térmica del la tubería, al despreciar dichas resistencias estás siendo conservativo, pero las correlaciones tienen un error bastante más grande que lo que estás despreciando, de todas maneras compruébalo:
R=1/((1/h_convnaturalexterior)+R_tubos+1/h_interior)
1/h_convnatural--1/100
1/h_interior---1/12000
Calculas la cantidad de calorpor cada segundo que tienes que aportar para llegar a la temperatura que tu quieras mediante un balance de energía y así obtienes el caudal de vapor, teniendo en cuenta que sólo cambia de fase:
Q=m_vapor*lambda
Siendo lambdael calor latente de vaporización.
Si tienes alguna otra duda no dudes en preguntar
Verás que la resistencia controlante será el coeficiente de película exterior, para poder resolver el problema me haría falta la temperatura del agua, a calentar, inicial y final.
Puedes despreciar el coeficiente de película del interior, en el exterior el intercambio se produce `por convección natural, por lo que el coeficiente de película lo puedes estimar con lascorrelaciones correspondientes, si quieres puedes despreciar la resistencia térmica del la tubería, al despreciar dichas resistencias estás siendo conservativo, pero las correlaciones tienen un error bastante más grande que lo que estás despreciando, de todas maneras compruébalo:
R=1/((1/h_convnaturalexterior)+R_tubos+1/h_interior)
1/h_convnatural--1/100
1/h_interior---1/12000
Calculas la cantidad de calorpor cada segundo que tienes que aportar para llegar a la temperatura que tu quieras mediante un balance de energía y así obtienes el caudal de vapor, teniendo en cuenta que sólo cambia de fase:
Q=m_vapor*lambda
Siendo lambdael calor latente de vaporización.
Si tienes alguna otra duda no dudes en preguntar
