• Author / Uploaded
• Cesar Eduardo Ramos Llatas

Citation preview

Facultad de Ciencias Agropecuarias Agroindustrial

Escuela de Ingeniería

Alumno: Ramos Llatas, Cesar Eduardo La condensación de vapor de agua en un condensador Se va a condensar vapor de agua de una planta generadora a una temperatura de 30°C, con agua de enfriamiento de un lago cercano, la cual entra en los tubos del condensador a 14°C y sale a 22°C. El área superficial de los tubos es de 45 m2 y el coeficiente de transferencia de calor total es de 2 100 W/m2 · °C. Determine el gasto de masa necesario de agua de enfriamiento y la razón de la condensación del vapor en el condensador. Teniendo en cuenta: -

El intercambiador de calor está bien aislado.

-

No se tiene incrustaciones.

-

Las propiedades de los fluidos son constantes.

Propiedades: El calor de vaporización del agua a 30°C es hfg =2 431 kJ/kg y el calor específico del agua fría a la temperatura promedio de 18°C es Cp =4184 J/kg · ∆𝑇1 = 𝑇ℎ,𝑒𝑛𝑡 − 𝑇𝑐,𝑠𝑎𝑙 = (30 − 22)°𝐶 = 8°𝐶 ∆𝑇2 = 𝑇ℎ,𝑠𝑎𝑙 − 𝑇𝑐,𝑒𝑛𝑡 = (30 − 14)°𝐶 = 16°𝐶 Es decir, la diferencia de temperatura entre los dos fluidos varía de 8°C en uno de los extremos hasta 16°C en el otro. La diferencia promedio apropiada de temperatura entre los dos fluidos es la diferencia media logarítmica de temperatura (no la aritmética), la cual se determina a partir de

∆𝑇𝑚𝑙 =

∆𝑇1 − ∆𝑇2 8 − 16 = = 11.5°𝐶 ln⁡(∆𝑇1 /∆𝑇2 ) ln⁡(8/16)

Ésta es un poco menor que la diferencia media aritmética de temperatura de (8 +16)/2 =12°C. Entonces la razón de la transferencia de calor en el condensador se determina a partir de 𝑄̇ = 𝑈𝐴𝑠 ∆𝑇𝑚𝑙 = (2100

𝑊 . °𝐶) (45𝑚2 )(11.5°𝐶) = 1.087 × 106 𝑊 = 1087⁡𝐾𝑊 𝑚2

Por lo tanto, el vapor de agua perderá calor a razón de 1 087 kW a medida que fluye a través del condensador, y el agua de enfriamiento ganará prácticamente todo ese calor, puesto que el condensador está bien aislado. A partir de: 𝑄̇ = [𝑚̇𝐶𝑝 (𝑇𝑠𝑎𝑙 − 𝑇𝑒𝑛𝑡 )]𝑎𝑔𝑢𝑎⁡𝑑𝑒⁡𝑒𝑛𝑓𝑟𝑖𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 = (𝑚̇ℎ𝑓𝑔 )𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟⁡𝑑𝑒⁡𝑎𝑔𝑢𝑎 Entones: El gasto de masa del agua de enfriamiento:

𝑚̇𝑎𝑔𝑢𝑎⁡𝑑𝑒⁡𝑒𝑛𝑓𝑟𝑖𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 =

𝑄̇ 1087⁡𝐾𝐽/𝑠⁡ = = 32.5⁡𝐾𝑔/𝑠 𝐶𝑝 (𝑇𝑠𝑎𝑙 − 𝑇𝑒𝑛𝑡 ) (4.184⁡𝐾𝐽/𝐾𝑔. °𝐶)(22 − 14)°𝐶

La razón de condensación del vapor de agua:

𝑚̇𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟⁡𝑑𝑒⁡𝑎𝑔𝑢𝑎 =

𝑄̇ 1087⁡𝐾𝐽/𝑠⁡ = = 0.45⁡𝐾𝑔/𝑠 ℎ𝑓𝑔 2431⁡𝐾𝐽/𝐾𝑔

Por lo tanto, se necesitará circular alrededor de 72 kg de agua de enfriamiento por cada 1 kg de vapor de agua en condensación para eliminar el calor liberado durante ese proceso.