PROYECTO PERSONAL

PROYECTO PERSONAL DE TRANSFERENCIA DE CALOR

Enfriador de Octano liquido
Especificaciones generales del proceso:
Flujo caliente: Octano liquido a 35 bar. de presión, flujo de 50 kg/s, que será enfriado desde una temperatura de entrada de 113 ªC hasta 38 ªC a un tanque de almacenamiento. No hay contaminación.
Refrigerante: Agua bien tratada desde una torre de enfriamiento a 27 ªC en verano y 17 ªC en invierno. La temperatura de salida no excederá 50 ªC. emplear una resistencia a la contaminación de 0.00018 (W/m2 K)-1. Sobre diseñar un 25% de superficie. Mantener una velocidad del flujo de 1.5 m/s como mínimo y 3 m/s como máximo para prevenir erosión. Para una caída de presión de 100 kPa existe una tolerancia de 10%.
Especificaciones de la construcción: Se requiere una longitud máxima de los tubos de 10m, los cuales serán de una aleación 0.5 de Cr en posición horizontal con arreglo multi tubular simple.
Tipo de intercambiador de calor y localización del fluido: debido a que el butano está a alta presión, se requiere una construccion de concha y tubo. El agua se colocará a ¾” en tubos rectos para limpieza.

Octano
Coeficiente global de transferencia de calor = 1086.96

Presión = 35 bar
Flujo másico = 50
Temperatura de entrada = 113 °C
Temperatura de salida = 38°C
Temperatura de salida del refrigerante = 50°C
Resistencia a la contaminación = 0.00018

Utilizando el método de análisis LMTD
· Calculamos el calor



· Calculamos LMTD


LMTD = 323.339 °K

La transferencia de calor se calcula usando un factor de corrección F. El factor F es función de 2 variables; P y R, donde

Y



Con estos valores de y utilizamos la tabla 4.7 de la información que tenemos y obtenemos un valor de F = 0.87.

Calculamos el área de transferencia de calor



Con la longitud de los tubos se puede calcular el área total



Hay que tomar en cuenta que se necesita un caudal de 150 en el caso del refrigerante para que el sistema funcione de manera correcta.

visita a maquiladora

INSTITUTO TECNOLOGICO DE CD. JUAREZ



METAL - MECANICA


VISITA A MAQUILADORA



Víctor Manuel Félix Rodríguez
No. DE CONTROL 06110216




SISTEMAS Y MAQUINAS DE FLUIDOS
REPORTE





ABRIL 2009



INDICE
INTRODUCCION.. 3
Técnicas de Moldeo de los Plásticos. 3
Moldeo a Alta Presión. 3
Funcionamiento de los sistemas de enfriamiento y funcionamiento del intercambiador de calor. 4
Bibliografía. 6






















INTRODUCCION
Este es un reporte en el cual, se analizaran el sistema de de enfriamiento y el uso de algún tipo de intercambiador de calor de un proceso de moldeo de plástico.
Primeramente tenemos que saber lo que es el moldeo de plásticos y así analizar los puntos de interés ya mencionados.
Técnicas de Moldeo de los Plásticos
El moldeo de los plásticos consiste en dar las formas y medidas deseadas a un plástico por medio de un molde. El molde es una pieza hueca en la que se vierte el plástico fundido para que adquiera su forma. Para ello los plásticos se introducen a presión en los moldes. En función del tipo de presión, tenemos estos dos tipos:
Moldeo a Alta Presión
Se realiza mediante máquinas hidráulicas que ejercen la presión suficiente para el moldeado de las piezas. Básicamente existen tres tipos: compresión, inyección y extrusión.
· Compresión: en este proceso, el plástico en polvo es calentado y comprimido entre las dos partes de un molde mediante la acción de una prensa hidráulica, ya que la presión requerida en este proceso es muy grande.
Este proceso se usa para obtener pequeñas piezas de baquelita, como los mangos aislantes del calor de los recipientes y utensilios de cocina.
· Inyección: consiste en introducir el plástico granulado dentro de un cilindro, donde se calienta. En el interior del cilindro hay un tornillo sinfín que actúa de igual manera que el émbolo de una jeringuilla. Cuando el plástico se reblandece lo suficiente, el tornillo sinfín lo inyecta a alta presión en el interior de un molde de acero para darle forma. El molde y el plástico inyectado se enfrían mediante unos canales interiores por los que circula agua. Por su economía y rapidez, el moldeo por inyección resulta muy indicado para la producción de grandes series de piezas. Por este procedimiento se fabrican palanganas, cubos, carcasas, componentes del automóvil, etc.
· Extrusión: consiste en moldear productos de manera continua, ya que el material es empujado por un tornillo sinfín a través de un cilindro que acaba en una boquilla, lo que produce una tira de longitud indefinida. Cambiando la forma de la boquilla se pueden obtener barras de distintos perfiles. También se emplea este procedimiento para la fabricación de tuberías, inyectando aire a presión a través de un orificio en la punta del cabezal. Regulando la presión del aire se pueden conseguir tubos de distintos espesores.


Funcionamiento de los sistemas de enfriamiento y funcionamiento del intercambiador de calor

En este caso la maquiladora utilizaba el proceso de inyección de plástico y para ello tenían maquinas de diversos tipos las cuales tenían diferentes capacidades de producción de piezas.
Como ya sabemos los intercambiadores ceden calor del combustible por medio de un fluido calefactor que pasa a través de elementos tubulares y transfieren calor al líquido deseado. Y en las torres de enfriamiento el agua se introduce por el domo de la torre por medio de vertederos o por boquillas para distribuir el agua en la mayor superficie posible.
La empresa maquiladora utiliza un sistema parecido al de un sistema de recirculación cerrado de algunos sistemas de enfriamiento en el cual el agua enfriada se bombea a un intercambiador de calor y este se retorna nuevamente a la torre de enfriamiento. En el intercambiador de calor se lleva a cabo la transferencia de calor entre el agua enfriada y un líquido que puede ser un aceite o una salmuera, este líquido es bombeado al proceso y retornado al intercambiador de calor.




En la figura 1. Se presenta el sistema de enfriamiento directo donde:
T -1 significa que es una torre de enfriamiento
B -1 significa que es una bomba de agua fría
I C-1 significa que es un intercambiador de calor
B -2 significa que es una bomba de líquido de enfriamiento

Figura 1. Sistema de enfriamiento directo

Las torres de enfriamiento también se pueden clasificar por su funcionamiento en el caso de enfriamiento de agua hay 4 tipos:
Aire acondicionado
Chiller (enfriamiento rápido)
Refrigeración
Torres de enfriamiento / condensador


Bibliografía

crematorios.tripod.com
www.quiminet.com
monografías.com
depa.pquim.unam.mx

expo de transfe

INSTITUTO TECNOLOGICO DE CD. JUAREZ





PROBLEMAS DE FLUJO VISCOSO Y FLUJO EN SUPERFICIES INCLINADAS




Víctor Manuel Félix Rodríguez
06110216




TRANSFERENCIA DE CALOR
RESUMEN



MARZO DEL 2009



Contenido
Problemas de Flujo Viscoso. 3
Procedimiento para plantear y resolver problemas de flujo viscoso. 3
Relación entre el esfuerzo y la velocidad de deformación de los fluidos newtoniano y no newtoniano 4
Fluidos newtonianos. 4
Fluidos no newtonianos. 5
Volumen de control 5
Velocidad de deformación de un fluido. 6
Ecuaciones básicas que describen el flujo viscoso isotérmico. 6
Aplicación de las ecuaciones diferenciales básicas en el planteamiento de problemas de flujo viscoso isotérmico y estacionario. 7
Flujo de una película de líquido que desciende por un plano inclinado. 8
Bibliografía. 11















Problemas de Flujo Viscoso
Procedimiento para plantear y resolver problemas de flujo viscoso

Las reglas generales que deben seguirse para plantear y resolver problemas de flujo, a partir de un esquema físico del sistema, son las siguientes:

1. Se hace un sistema del flujo correspondiente a una región donde se considere que el perfil de velocidad esta desarrollado. En el esquema se representa un volumen de control y se escoge el punto u origen de los ejes de coordenadas.


2. Se escribe un balance de cantidad de movimiento en una sola dirección, en forma de la siguiente ecuación:


Aplicando en el volumen de control de espesor finito y se multiplica cada termino de la ecuación por la magnitud necesaria para transformar el balance de cantidad de movimiento en una expresión que represente un balance de fuerzas.

3. A la expresión resultante del balance de fuerzas se le aplica la definición matemática de la primera derivada se obtiene la correspondiente ecuación diferencial que describe la distribución de los esfuerzos cortantes. Después se integra la ecuación diferencial.

4. En la ecuación integrada se introduce la expresión reologica adecuada de la densidad de flujo de cantidad de movimiento. Con el objetivo de obtener la ecuación diferencial del perfil de velocidad, la cual también se integra.

5. Como resultado de la integración de las ecuaciones diferenciales, se obtienen las expresiones de los perfiles de esfuerzo cortante y de velocidad.

Para entender los pasos anteriores es necesario entender los términos que se manejan, en las siguientes paginas se dar el significado de estas palabras.


Relación entre el esfuerzo y la velocidad de deformación de los fluidos newtoniano y no newtoniano

A continuación se analizaran las formas de expresar la relación existente entre el esfuerzo cortante y la velocidad de deformación de los fluidos en dependencia si el fluido es newtoniano o no newtoniano.

Fluidos newtonianos
Los fluidos reales que satisfacen la ley de Newton se denominan fluidos newtonianos la experiencia práctica demuestra que los gases y líquidos homogéneos no polimerizados se comportan como fluidos newtonianos la viscosidad de los materiales Newtonianos es independiente del gradiente de velocidad y para una sustancia determinada es solo una función de la temperatura y de la presión.
La siguiente ecuación establece la relación existente entre el esfuerzo cortante y la velocidad de deformación para fluidos newtonianos. La velocidad de deformación se expresa en términos de gradiente de velocidad: por tanto, el esfuerzo cortante en coordenadas rectangulares se escribe:

(1)

Esta ecuación constituye un planteamiento más general de la ley de Newton de la viscosidad, y se aplica a los casos complejos de flujo. Cuando un flujo es unidimensional, como es el caso de la película que desciende por un plano inclinado en la dirección Y. la ecuación se reduce a:


(2)


Debe recordarse que para fluidos newtonianos la viscosidad solo es una función de la temperatura y de la presión y, en mezclas homogéneas, depende también de la concentración.



Fluidos no newtonianos

En los fluidos no newtonianos la viscosidad es función de la temperatura, de la presión y del gradiente de velocidad. La mayor parte de los fluidos no newtonianos son sustancias altamente viscosas. A temperatura y presión constante la viscosidad de estos materiales varía con el gradiente de velocidad de distintas maneras de acuerdo a esto los líquidos y pastas no newtonianas pueden ser clasificados como:
a) Seudoplasticos.- Son aquellos líquidos cuya viscosidad disminuye con el incremento del gradiente de velocidad. Estos comienzan a fluir tan pronto se les aplica un esfuerzo cortante.
b) Dilatantes.- En estos líquidos, la viscosidad aumenta con el incremento del gradiente de velocidad. Al igual que los seudoplasticos, comienzan a fluir cuando se les aplican valores de
c) Plásticos Bingham.- son materiales que poseen una estructura determinada, por lo que, para que se comporten como un fluido, es necesario romper esa estructura. Por esta razón, estos materiales comienzan a fluir para un valor de donde es el esfuerzo cortante inicial que se requiere aplicar para destruir la estructura. Una ves que comienzan a fluir, la viscosidad de los Plásticos Bingham disminuye con el aumento del gradiente de velocidad.

Existen sustancias no Newtonianas que al ser sometidas a un gradiente de velocidad constante durante un periodo de tiempo sus viscosidades cambian en el tiempo. Este es el caso de los materiales tixotrópicos en los que la viscosidad disminuye con el tiempo, y los reopecticos, en los que, por el contrario, la viscosidad aumenta con el tiempo.

Volumen de control
Uno de los métodos que se utilizan en ingeniería para analizar un sistema de flujo de fluido, de calor o de intercambio de masa, consiste en establecer una región en el espacio, dentro del sistema en cuestión, a la cual se le aplican las leyes físicas fundamentales con vistas a obtener las ecuaciones que describen los fenómenos que ocurren en el sistema. Esta región, que se caracteriza por tener un volumen constante, se denomina volumen de control, y las superficies que lo limitan, superficies de control.






Figura 1. Sistema de flujo en el que se muestra un volumen de control


La forma del volumen de control depende de la geometría del sistema que se estudia. Así, para sistemas rectangulares, puede adoptar la forma de un cubo o de un paralelepípedo, para sistemas cilíndricos y esféricos, adoptara la forma de un tubo o de una esfera hueca, según sea el caso. En la figura 1 se ilustra un sistema de flujo constituido por un liquido que fluye entre dos laminas solidas paralelas de longitud L y anchura W; y separadas entre si por una distancia pequeña B. el volumen de control, situado en el seno del liquido, tiene un volumen L W .


Velocidad de deformación de un fluido

Al explicar el significado físico de la viscosidad, se dice que la conocida ley de Newton define la viscosidad como una relación entre el esfuerzo cortante y la velocidad de deformación del fluido, pudiendo expresarse este último termino mediante el gradiente de velocidad.
La velocidad de deformación se expresa mediante el gradiente de velocidad. Inicialmente se considera la deformación causada por el esfuerzo cortante aplicado para el flujo unidimensional.
Para el caso de fluidos newtonianos el esfuerzo cortante es proporcional al cambio de la deformación con el tiempo conocido también como velocidad de deformación.





Ejemplo.
Dos láminas planas paralelas y horizontales están separadas una distancia de 8 mm. La lámina superior se mueve hacia la derecha con una velocidad de 0.2 m/s, mientras que la lámina inferior se mantiene estática. Entre las dos láminas se halla un aceite de viscosidad de 800 mPa *s. calcular:
a) El valor del esfuerzo cortante que se establece en el sistema
b) La velocidad local que adquiere el aceite como consecuencia de la transferencia de cantidad de movimiento, en un punto situado a 3 mm de la lámina inferior.

Se aplican las siguientes formulas para llegar al resultado

Los datos del problema son:





Al sustituir estos valores en las expresiones anteriores resulta:

a)

b)


Ecuaciones básicas que describen el flujo viscoso isotérmico
Ecuación de continuidad.- esta ecuación constituye una forma de expresar la ley de la conservación de la masa. Todos los problemas de flujo de fluidos deben satisfacer la ecuación de continuidad.
(3)
Si el régimen del flujo es estacionario el término se anula y la ecuación No.3 se reduce a:

(4)
Si el fluido es incompresible, la densidad es una constante y la ecuación 4 puede escribirse:

(5)


En la siguiente tabla se muestran las expresiones de la ecuacion de continuidad en coordenadas rectangulares, cilindricas y esfericas.

Tabla No.1 Coordenadas rectangulares, cilíndricas y esféricas de la ecuación de continuidad








Aplicación de las ecuaciones diferenciales básicas en el planteamiento de problemas de flujo viscoso isotérmico y estacionario

Para plantear problemas de flujo, si el flujo es incompresible y de viscosidad constante, se aplicaran las ecuaciones y condiciones siguientes.
Ecuación de continuidad
Ecuación de movimiento
Ley de Stokes o ley de Newton de la viscosidad
Condiciones iníciales de límite.
Con estas ecuaciones se obtienen las distribuciones de esfuerzos de velocidad y de presión en el sistema de flujo.
Si se trata de un liquido no Newtoniano, se requerirá el modelo reologico necesario en lugar de la relación de Stokes o de la ley de Newton. En este párrafo se estudia la forma de plantear problemas de flujo viscoso mediante la simplificación de las ecuaciones de continuidad y de movimiento, eliminando aquellos términos que se consideran nulos o despreciables para la situación particular que se analiza. Para determinar que termino se elimina, debe conocerse con bastante profundidad, desde un punto de vista físico, el comportamiento de las variables en el sistema, por ejemplo; naturaleza reologica del fluido: régimen de flujo estacionario y no estacionario, laminar o turbulento: fluido compresible e incompresible: componentes de esfuerzo y de velocidad que tienen significación física; fuerzas que actúan sobre el sistema, etc.


Flujo de una película de líquido que desciende por un plano inclinado

Se considerara un flujo isotérmico laminar y estacionario de una película de liquido que desciende por una superficie plana inclinada, la cual forma un ángulo α con respecto a la aceleración de la gravedad. Suponiendo que se trata de un líquido Newtoniano, la viscosidad y la densidad son constantes; la región de longitud L esta lo suficientemente alejada de los extremos de la superficie por los que los llamados efectos finales no afectan la estabilidad del perfil de velocidad dentro de la zona de estudio. En la figura el eje Z es perpendicular al plano del papel la película tiene un espesor pequeño en la dirección x y una anchura B en la dirección Z. el volumen de control también tiene una anchura B y un espesor finito . La fuerza que causa el movimiento del líquido se debe a la componente de aceleración de la gravedad . En la figura también se señala la entrada y la salida de la cantidad de movimiento en el volumen de control. Las direcciones se toman siempre en el sentido positivo de los ejes de coordenadas.



Figura 2. Flujo viscoso isotérmico de una película de líquido que desciende por una superficie solida bajo la acción de la gravedad: a) sistemas de flujo; b) esquema del sistema con el volumen de control y posición de los ejes de coordenadas.




La velocidad máxima de la película se halla en la interface líquido-gas, es decir, para x igual a . Sin embargo en sistemas de flujo mas complejos no resulta tan sencillo determinar en que punto esta la velocidad máxima; en esos casos, se determina su posición mediante el concepto matemático de que el valor máximo o mínimo de una curva se halla donde la tangente sea nula.

En la figura 3 se representan los perfiles de velocidad y de los esfuerzos cortantes. Como se puede observar el perfil de velocidad es parabólico, mientras que el perfil de esfuerzos cortantes es lineal. En la figura se observa que el valor máximo de esfuerzo cortante esta en la interface solido-liquido, es decir para x=0.



El valor de velocidad que se obtiene para cada valor de x se denomina velocidad local o puntual. En los cálculos de ingeniería no es práctico diseñar equipos o sistemas de flujo utilizando los valores de las velocidades puntuales. En estos casos resulta mas conveniente utilizar un valor medio, representativo del perfil de velocidad, que se conoce como velocidad media o velocidad promedio.

Figura 3. Perfiles de velocidad y de esfuerzos cortantes en una película de líquido

















Bibliografía

· Severns , W. H. Y Compañeros, Energía Mediante Vapor Aire o Gas