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Órganos Maquinas y Mecanismos Saúl Manrique Velarde

CÁLCULO Y DISEÑO DE UN SISTEMA CIP

1. Objetivo: El objetivo de este trabajo es realizar los cálculos y el diseño de un CIP para un tanque silo de 40m3 de leche. 2. Especificaciones: En el desarrollo de este trabajo se efectuaran los cálculos para un sistema CIP para un tanque silo en el que se almacena leche pasteurizada, realizando la limpieza con hidróxido de sodio o soda al 0.2% y acido nítrico al 0.1%. El lavado completo durara alrededor de 1 hora o 60 minutos. El tanque a lavar tiene una capacidad de 40 m 3 Para calentar la soda es necesario el uso de un intercambiador de placas que usa vapor para realizar el calentamiento. Tanto el tanque de soda, el de ácido y el de agua poseen el mismo tamaño. La solución que necesita de calentamiento es la soda, la solución de acido no.

3. Cálculos: Características del tanque silo a lavar:    

Capacidad: 40 m3 Altura: 8.65 m  8.7 m Diámetro: 2.85 m  2.9 m Material acero inoxidable 304

Características de las tuberías a utilizar 

Diámetro: 2pulgadas = 5 cm = 0.05m

Calculo del caudal de la bomba del producto Para realizar el cálculo del caudal necesitamos el tiempo que se demoraría en vaciar el tanque, tomando este dato como 4 horas resulta:

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Q 1=

V t

Q 1=

40 m3 4h

Q1=10

m3 h

Especificaciones de la bomba de producto a utilizar (según tabla) Teniendo en cuenta el caudal necesario se tiene que y la altura a la que se tiene que elevar:   

Bomba centrifuga Diámetro del impulsor: 75 Potencia: 0.6 KW

Calculo del caudal de la bomba del CIP: Para realizar el cálculo debeos saber que la bomba del CIP debe tener un caudal mayor o igual al de la bomba de producto, normalmente se utiliza una proporción de 1: 1.2, por esa razón realizamos el siguiente calculo:

Q2=Q1∗1.2 3

Q 2=

10 m ∗1.2 h 3

Q2=12

m h

Especificaciones de la bomba CIP a utilizar (según tabla) Teniendo en cuenta el caudal necesario se tiene que y la altura a la que se tiene que elevar:   

Bomba centrifuga Diámetro del impulsor: 105 Potencia: 1.25 KW

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Órganos Maquinas y Mecanismos Saúl Manrique Velarde Especificaciones de la bola spray a utilizar: 

Bomba spray de 180 °

Teniendo en cuenta el caudal de la bomba del CIP y las tablas de la bola spray tenemos: 

Presión: 56 KPa = 0.56bar = 5.6 mca

Calculo del caudal de las tuberías: Para realizar este cálculo necesitamos saber que está comprobado que la velocidad que se requiere para el lavado es de 1.5 m/s que es lo mismo que decir 5400 m/h

Q3=v∗A 3

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Q3=5400

m ∗π∗r 2 h

Q3=5400

m 2 ∗π∗(0.0255 m) h

Q3=11

m3 h

Calculo del volúmen de soda:

V soda =V tuberias + 0.2m

3

V soda =0.16 m3+ 0.2 m3 V soda =0.36 m3 Este volumen constituya el 40% del tanque de soda, el otro 50% es para que la soda no se degrade y el otra 10% no se utiliza, ya que no esta completamente lleno Volumen de las tuberías: Teniendo en cuenta el recorrido que debe de pasar la soda por las tuberías, hallamos que la longitud que debe recorrer es de

V tuberias = A∗l 2

V tuberias =π (0.025 m) ∗81m V tuberias =0.16 m

3

Dimensiones de los tanques de soda, acido y agua   

Altura: 2.4 m Diámetro: 1.55 m Capacidad: 5 m3

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Órganos Maquinas y Mecanismos Saúl Manrique Velarde Cálculos para el intercambiador de calor de placas para calentar la soda: Primero debemos tener en cuenta que para el intercambiador de calor de placas necesitamos un medio para calentar, este será vapor que ingresa a 50 psi de presión, con este dato debemos hablar nuestra temperatura inicial, calculo: 50 psi = 344.73 KPa = 0.3447 MPa Teniendo en cuenta esta presión y con ayuda de una tabla termodinámica procedimos a calcular la temperatura interpolando 135 °C ---------- 0.3130 MPa x °C ---------- 0.3447 MPa 140 °C ---------- 0.3613 MPa Donde x = 138 °C

Entonces: El vapor entra a 138 °C y sale a 100°C y la soda a calentar entra a 10°C y sale a 75°C

vapor 138°C ΔT1 75°C

100°C ΔT2 10°C soda

Cálculos:

a) Media logarítmica de la diferencia de Temperatura (LMTD)

LMTD=

∆ T 1−∆ T 2 ∆T 1 ln ∆T 2

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LMTD=

( 63−90 ) ° C 63 ° C ln 90 ° C LMTD=75.7 °C

b) Cantidad de calor transmitido

P=m x Cp ∂ t Donde: m: flujo másico (kg/s) Cp: calor especifico (KJ/kg°C)

∂ t :diferencia de temperatura entre el ingreso y salida en un lado (° C)

 Calculo del flujo másico: Para este cálculo tenemos en cuenta que el volumen en las tuberías es de 0.16 m 3 al cual se le suma los 0.2 m3 que tiene el tanque

Q=

12

V t

m3 0.36 m3 = h t

t=0.3 h=108 s

P=3.33

kg kJ x 4.18 x ( 75−10 ) ° C s kg ° C

P=904.76

c)

kJ o KW s

P=k x A x LMTD

Donde:

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Órganos Maquinas y Mecanismos Saúl Manrique Velarde K= coeficiente de transferencia de calor (W/m2°C) = 6000 W/ m2°C A= área de transferencia de calor

904760 W =6000

( m2W° C ) x A x 75.7 ° C

A=1.99 m 2

d) Área de la placa Largo x ancho= 0.73 m x 0.26 m Ap = 0.1898 m2 e) Calculo de numero de placas necesarias

n ° de placas=

A Ap

n ° de placas=

1.99m 2 2 0.1898 m

n ° de placas=11 placas

Conclusiones:   

Se elaboro el cálculo y diseño de un tanque silo de 40 m 3 de almacenamiento de leche pasteurizada. Los tres tanques para el lavado poseen el mismo tamaño. Se elaboro un dibujo representativo del proceso.

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