Análisis energético y exergético de una instalación de vapor de la Industria Alimentaria (página 2)
Balance de masa y
energía en cada una de las instalaciones que utilizan
vapor.
Fábrica de helado
Este es un equipo de transferencia de calor de
superficie, en el que el vapor circula por el exterior y la
mezcla que es necesario calentar y pasteurizar, va por el
interior.
Datos:
Ti = 30 0C =303
0K
Tf = 85 0C =358
0K
Gmezcla=1428.6 L/h
Cp=0.7 Kcal/Kg0K
τvapor= 491
Kcal/Kg (según tablas A19 y A 20 del libro Termodinámica, del autor Faires)
Balance en el calentador de superficie
(pasteurizador)
=== 120.98
L/h = 120.98 Kg/h
X=1.08 (Considerando para una situación crítica)
Fábrica de leche
Este es un intercambiador de calor de superficie, con un
principio de funcionamiento similar al equipo del helado, en el
cual entra la leche, que va
a ser pasteurizada, al adquirir el calor proveniente del vapor
que circula por la superficie de los tubos.
Datos
Ti = 6 0C =279
0K
Tf = 72 0C =345
0K
Gleche= 3166 L/h
Cp=0.90Kcal/Kg0K (Según la tabla del
libro Diseño
de Instalaciones Frigoríficas para la industria
agroalimentaria del autor Antonio López
Gómez
τvapor= 491
Kcal/Kg
Balance en el calentador de superficie
(Pasteurizador)
=== 413.66
L/h = 413.66 Kg/h
X= 1.08 (considerando para una situación
crítica)
Fábrica de Queso
Queso Nora
En el caso del queso, también contamos con
intercambiadores de superficie, en el cual la mezcla de queso se
calienta con el flujo del vapor que circula a su
alrededor.
Datos
Ti = 8 0C =281
0K
Tf = 72 0C =345
0K
Gnora= 31.75 Kg/h
Cp=0.5Kcal/Kg0K
τvapor= 491
Kcal/Kg
δvapor =
897.3 Kg/m3 (Según el libro ¨Fundamentos de
Termotransferencia¨)
Balance en el calentador de superficie
(Pasteurizador)
=== 2.23 Kg/h
X= 1.08 (considerando para una situación
crítica)
= 2.5
L/h
Queso Yaguajay
Datos
Ti = 8 0C =281
0K
Tf = 72 0C =345
0K
Gyaguajay= 90 Kg/h
Cp=0.5Kcal/Kg0K
τvapor= 491
Kcal/Kg
δvapor =
897.3 Kg/m3 (Según el libro Fundamentos de
Termotransferencia¨)
Balance en el calentador de superficie
(Pasteurizador)
=== 6.33
Kg/h
X= 1.08 (considerando para una situación
crítica)
= 7.05
L/h
Cantidad total de vapor
generado
Gt = G1 +
G2 + G3 + G4 =543.2
Kg/h
Cálculo de la exergía perdida en la
caldera y en cada pasteurizador de la línea de
vapor.
Cálculos en la caldera:
A la caldera entra una corriente de agua a la
temperatura
C a la
presión
at.
La exergía del agua que entra
es:
Kcal/kg = kJ/kg.
La exergía del calor aportado en la
combustión:
La exergía del
combustible.
La exergía del vapor que sale de la
caldera:
Kcal/kg =
kJ/kg.
La exergía de los gases de
escape:
Por lo tanto la exergía perdida en la
caldera, durante la combustión es:
Fábrica de helado
Calculando la exergía del
vapor
Nosotros como en la producción no disponen de equipos de
mediciones para leer determinados parámetros entonces
consideramos en el trabajo,
los datos que
necesitamos.
- La presión a la entrada del pasteurizador en
la fábrica de helado es de 5 atm, y es vapor
saturado y es igual a la de salida(líquido
saturado) - El medio
ambiente se considera C= 3000C, at., Kcal/Kg = 112.97KJ/Kg,
Kcal/kg.K = 0.39KJ/Kg0K - El líquido a la salida del intercambiador se
considera como liquido saturado.
Auxiliándonos con el diagrama de
Mollier obtenemos las entalpías del vapor y de la tabla
A-4 del libro Termodinámica técnica tomo III
obtenemos las entalpías del liquido saturado, que
empleamos en las formulas siguientes.
Entrada del vapor (vapor
saturado)
Salida del vapor (líquido
saturado)
Exergía total del vapor
Calculando la exergía de la
mezcla
Cálculo de exergía total en la
pasteurizadora de helado
Fábrica de leche
Calculando la exergía del
vapor
Nosotros como en la producción no disponen de
equipos de mediciones para leer determinados parámetros
entonces consideramos en el trabajo, los
datos que necesitamos.
- La presión a la entrada del pasteurizador en
la fábrica de leche es de 6 atm, y es vapor saturado y
es igual a la de salida (líquido saturado). - El medio ambiente se
considera
C= 3000C, at., Kcal/Kg = 112.97KJ/Kg, Kcal/kg.K =
0.39KJ/Kg0K - El líquido a la salida del intercambiador se
considera como liquido saturado.
Auxiliándonos con el diagrama de Mollier
obtenemos las entalpías del vapor y de la tabla A-4 del
libro Termodinámica técnica tomo III obtenemos las
entalpías del liquido saturado, que empleamos en las
formulas siguientes.
Entrada del vapor (vapor
saturado)
Salida del vapor (líquido
saturado)
Exergía total del vapor
Calculando la exergía de la
mezcla
Cálculo de exergía total en la
pasteurizadora de leche
Fábrica de Queso
Queso Nora
Calculando la exergía del
vapor
Nosotros como en la producción no disponen de
equipos de mediciones para leer determinados parámetros
entonces consideramos en el trabajo, los datos que
necesitamos.
- La presión a la entrada del pasteurizador en
la fábrica de queso Nora es de 5 atm, y es vapor
saturado y es igual a la de salida (líquido
saturado). - El medio ambiente se considera C=
3000C, at.,
Kcal/Kg = 112.97KJ/Kg, Kcal/kg.K =
0.39KJ/Kg0K - El líquido a la salida del intercambiador se
considera como liquido saturado.
Auxiliándonos con el diagrama de Mollier
obtenemos las entalpías del vapor y de la tabla A-4 del
libro Termodinámica técnica tomo III obtenemos las
entalpías del liquido saturado, que empleamos en las
formulas siguientes.
Entrada del vapor (vapor
saturado)
Salida del vapor (líquido
saturado)
Exergía total del vapor
Calculando la exergía de la
mezcla
Cálculo de exergía total en la
pasteurizadora de queso Nora
Queso Yaguajay
Calculando la exergía del
vapor
Nosotros como en la producción no disponen de
equipos de mediciones para leer determinados parámetros
entonces consideramos en el trabajo, los datos que
necesitamos.
- La presión a la entrada del pasteurizador en
la fábrica de queso yaguajay es de 7 atm, y es vapor
saturado y es igual a la de salida (líquido
saturado). - El medio ambiente se considera C=
3000C, at.,
Kcal/Kg = 112.97KJ/Kg, Kcal/kg.K =
0.39KJ/Kg0K - El líquido a la salida del intercambiador se
considera como liquido saturado.
Auxiliándonos con el diagrama de Mollier
obtenemos las entalpías del vapor y de la tabla A-4 del
libro Termodinámica técnica tomo III obtenemos las
entalpías del liquido saturado, que empleamos en las
formulas siguientes.
Entrada del vapor (vapor
saturado)
Salida del vapor (líquido
saturado)
Exergía total del vapor
Calculando la exergía de la
mezcla
Cálculo de exergía total en la
pasteurizadora de queso yaguajay
Diagrama de Bloque de
Exergía
Bibliografía
- F. Javier Rey Martínez.Ingeniería
Termodinámica. - . Hans Baechr Tratado Moderno de
Termodinámica. Segunda Parte - V Shushkov Termodinámica técnica tomo
III. - F. Javier Rey Martínez Ingeniería
Termodinámica. - DrJorge A Rodríguez Introducción a la Termodinámica
con algunas aplicaciones a la Ingeniería. - Cao Intercambiadores de Calor.
- DQ Kern Procesos de
Transferencia de Calor. - M A Lozano y A Valero. Determinación de la
Exergía para sustancias de Interés
industrial. - Wiley N.Y Ahern, Je. The exergy Method of energy
system analysys. - Tablas de Vapor, Representaciones y Servicios de
Ingeniería. México. - Exergoeconomic optimisation of an
aqua-ammonia. - Dra. M Lapido Rodríguez. Métodos
de Análisis
Termodinámicos. - International Journal of Refrigeration Vol. 14., pp.
336-340. 1991. - Curso de Termodinámica Irreversible.
Eva
Martínez Pérez
Datos de los Autores.
Ing. Julio Rivero González.
Nació el 15 de julio de 1982 en la provincia de
Pinar del Rio, Cuba.
Cursó sus estudios universitarios en la Universidad de
Pinar del Rio Hermanos Saiz Montes de Oca, en la Facultad de
Geología
Mecánica en la especialidad de
Ingeniería mecánica. Graduado en el año 2006 en
la mencionada universidad con diploma de oro.
En este momento es profesor de la
Universidad de Pinar del Río, e imparte asignaturas
relacionadas con la especialidad. Ha cursado postgrados de
superación profesional en tecnologías de la
Informática y las comunicaciones, Modelación y simulación
de elementos Finitos así como de temas relacionados con la
eficiencia
Energética.
Ing. Einara Blanco Machín.
Nació el 9 de septiembre de 1983 en la provincia
de Pinar del Rio, Cuba.
Cursó sus estudios universitarios en la
Universidad de Pinar del Río Hermanos Saiz Montes de Oca,
en la Facultad de Geología Mecánica en la
especialidad de Ingeniería Mecánica. Graduado en el
año 2006 en la mencionada universidad con diploma de
oro.
En este momento es profesora del Dpto. de
Mecánica de la Universidad de Pinar del Río, e
imparte asignaturas relacionadas con la especialidad. Ha cursado
postgrados de superación profesional de Modelación
y simulación de elementos Finitos así como de temas
relacionados con la eficiencia Energética.
Participó como ponente en el Evento Iberoamericano de
Mujeres Ingenieras Arquitectas y Agrimensoras efectuado en La
Habana Cuba del 3 al 8 de junio del presente
año.
Autor:
Ing. Julio Rivero González
Ing. Einara Blanco Machín
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