Termodinamica y Transfer en CIA de Calor

8/3/2019 Termodinamica y Transfer en CIA de Calor

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TERMODINAMICA

YTRANSFERENCIA DE

CALOR

BASE MATERIALCENTRO POLITCNICO DEL PETRLEO

Elaborado por: Ing. Vernica Lamela Hernndez


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INDICECaptulo 1 Introduccin a la Termodinmica .............................................................. 3

Ejercicios Propuestos. Captulo 1 .............................................................................. 12 Captulo 2 Mecanismos de Transferencia de Calor .................................................. 23

Transferencia de calor por Conduccin ..................................................................... 24

Transferencia de calor por conveccin. ..................................................................... 26 Transferencia de calor por radiacin.......................................................................... 30 Ejercicios Propuestos Captulo 2 ............................................................................... 33

Captulo 3 Intercambiadores de calor. ....................................................................... 34 Coeficiente global de transferencia de calor. ............................................................. 34 Intercambiadores de calor.......................................................................................... 35 Arreglos...................................................................................................................... 39 Superficies extendidas (aletas). ................................................................................. 41 Condensacin ............................................................................................................ 42 Ejercicios Propuestos Captulo 3 ............................................................................... 44

Captulo 4 Tratamiento de Agua para la Industria .................................................... 46 El agua. Propiedades................................................................................................. 46 Impurezas ms comunes en el agua. ........................................................................ 47 Procesos de tratamiento del agua. ............................................................................ 48 Ejercicios Propuestos Captulo 4 ............................................................................... 51

Captulo 5. Generadores de Vapor ............................................................................. 57 Propiedades de los combustibles .............................................................................. 57 Combustin................................................................................................................ 65 Generador de vapor................................................................................................... 69 Ejercicios Propuestos Captulo 5 ............................................................................... 81

Captulo 6 SISTEMAS DE ENFRIAMIENTO ................................................................ 87 Ejercicios Propuestos Captulo 6 ............................................................................... 88


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Captulo 1 Introduccin a la Termodinmica

La termodinmica es parte de la fsica terica. La misma sirve para describir yrelacionar las propiedades fsicas de la materia y los intercambios energticos que en

ella ocurren. La aplicacin de la termodinmica es muy usada en todas las ramas de laingeniera, por la aplicacin que tiene en los procesos industriales.

Un sistema puede pasar de un estado de equilibrio inicial a un estado de equilibrio final,y sus propiedades macroscpicas han pasado de un estado a otro. Este proceso sedenomina proceso termodinmico , y se caracteriza fundamentalmente por tresvariables medibles denominadas variables de estado que son Presin, Volumen yTemperatura.

Existen otras variables termodinmicas que ayudan a describir an ms los sistemas ysu entorno tales como densidad, calor especfico, energa interna, coeficiente dedilatacin lineal, etc. En este captulo se estudiarn algunas de esas magnitudes.

Estados de la materia . Se pueden dividir en tres categoras principales: slidos, lquidosy gases.

Estado gaseoso : No tiene una superficie lmite y por eso tiende a llenar cualquier espacio disponible. El volumen de los gases cambia sensiblemente con variaciones depresin y temperatura.

Estado lquido : No tiene forma definida como los gases y toma la forma del recipienteque se encuentre, pero debido a la superficie que posee un lmite de espacio que puedeocupar.

Estado slido : Tiene una forma definida, a diferencia de lquidos y gases. Al igual queen los lquidos, su volumen no varia apreciablemente con cambios de presin ytemperatura.

Sistema. Puede definirse como un grupo de componentes conectados que funcionan enconjunto para llevar a cabo una tarea determinada. Una instalacin de procesoindustrial contiene un gran nmero de tuberas que conecta los diferentes equipos talescomo bombas, tanques e intercambiadores de calor entre otros. Los equiposrelacionados y las tuberas asociadas a stos estn arreglados en grupos individualesde equipos llamados sistemas. Se considera un s istema cerrado cuando no intercambiamasa con el medio exterior, es decir, no entra ni sale sustancia. De lo contrario seconsidera un sistema abierto . Un ejemplo de sistema abierto es un lquido en ebullicindonde el vapor se escape a la atmsfera.

Sistemas abiertos de flujo estacionario : Es un caso en particular de los sistemas concirculacin de fluidos donde:


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La masa de la sustancia de trabajo que entra al sistema en un tiempo dado, es igual ala masa de la sustancia que sale en un tiempo dado, por tanto, no existe acumulacinde masa dentro del sistema.La presin, la temperatura y las dems variables caractersticas de trabajo, en cadapunto del sistema, no varan con el tiempo.

No existe acumulacin de energa positiva ni negativa en el sistema.Estado de la sustancia. Es la situacin en que se encuentra en un momento dado.Si el estado es tal que la presin, la temperatura y el resto de las variables que locaracterizan tienen el mismo valor en todos y cada uno de los puntos de la sustancia detrabajo, se dice que el estado es de equilibrio.

Variables de estado. Son las magnitudes que caracterizan el estado de equilibrio de unsistema.(P- presin, V-volumen, T-temperatura)

Presin P. Es la fuerza ejercida por unidad de rea. P = F/A

Volumen total. V [ m3 ] Es el espacio que ocupa la sustancia de trabajo. En el caso desistemas fluentes puede expresarse por unidad de tiempo como sigue. [ m3/s, m3/min,m3/h, etc.]

Volumen especifico, v . Volumen que ocupa cada unidad de masa de la sustancia detrabajo. v = V/m[ m3/Kg. ]La densidad ( )de una sustancia es el inverso del volumen especfico.

= 1/v [ Kg / m3 ]Ej. 6Kg de aire que ocupa 12 m3 de volumen, por tanto, el volumen especfico ser 2m3,

que es el volumen de cada Kg de aire.Temperatura. Es una medida de la energa cintica media de traslacin de lasmolculas. Mientras mayor sea la temperatura de un sistema, mayor ser su capacidadpara ceder calor a otro sistema que este a menor temperatura.Existen varias escalas de temperatura. Ej. la centgrada, la Kelvin y la Fahrenheit

En la centgrada se toma como cero la fusin del hielo, y como 100 la ebullicin delagua. El espacio entre cero y 100 se divide en 100 partes iguales, trazos que tambincontinan por debajo del cero y por encima del 100. Las temperaturas inferiores al ceroson negativas.

La Kelvin es una escala absoluta, pues no posee temperaturas negativas. Se tomacomo cero absoluto una temperatura calculada tericamente, por debajo de la cual nopuede existir ninguna sustancia. (En cursos muy avanzados se trabajan contemperaturas negativas absolutas pero no es de nuestro inters).El punto de fusin del hielo corresponde en esta escala a 273 y la temperatura deebullicin del agua a 1 atmsfera de presin, a 373.


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Si representamos como T la temperatura Kelvin y como t los centgrados:T = t + 2 7 3 .

La Fahrenheit se relaciona con la centgrada mediante la ecuacin:oF = 1.8 (oC) + 32. Es muy til ya que a veces en estas unidades es que aparecen los

valores de mediciones de temperatura y conociendo su equivalencia con la escalacentgrada se puede comparar, o verificar segn se necesite.

Gas ideal . Es un estado gaseoso donde se tiene las siguientes caractersticas:el volumen de las molculas es despreciable.no intervienen fuerzas entre las molculas de cohesin y repulsin.choques elsticos entre las molculas donde la energa cintica perdida en unamolcula, sea ganada por otra que choque con ella.

No existe en la naturaleza ningn gas con estas caractersticas pero esta consideracinde un gas como gas ideal es muy usada en situaciones prcticas en la industria ya quemuchos de los gases usados su temperatura, es suficientemente alta y su presin baja,por lo que las molculas estn mas separadas y actan menos las fuerzas deinteraccin entre ellas. Las ecuaciones de trabajo cuando se usa el modelo de gasideal, son muy sencillas.

Vaporizacin : Es el proceso de transformacin de un lquido en vapor.

La vaporizacin de un lquido puede ocurrir por medio de la evaporacin o la ebullicin.

La evaporacin es cuando la formacin de vapor es solo en la superficie.

En la ebullicin de un lquido se forman burbujas de vapor en toda la masa del lquido,de ah que sea ms importante este proceso y es ms usado en las industrias.

La ebullicin de un lquido, a presin constante, ocurre a una temperatura definida einvariable. Esta es la temperatura de ebullicin o de saturacin . La presin de unlquido en ebullicin es la presin de saturacin . La temperatura de saturacin nocambia mientras el lquido ebulle, puesto que el calor que se le suministra no se empleaen elevar la temperatura sino en aumentar la energa de las molculas de lquido, paraque estas pasen a la fase de vapor. Por tanto, la ebullicin a presin constante estambin a temperatura constante.Si la presin de saturacin aumenta, aumenta tambin la temperatura de saturacin.

Debido a que las fracciones de petrleo son mezclas e compuestos, no hiervenisotrmicamente como sucede con los lquidos puros, sino que tienen rangos deebullicin caractersticos. A presin atmosfrica, la temperatura menor a la queempieza la ebullicin del liquido se denomina (PEIoF)

La condensacin es el fenmeno donde el vapor se convierte en lquido. Es elfenmeno opuesto a la vaporizacin. La condensacin de un vapor a presin


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constante, al igual que la ebullicin, ocurre a una temperatura definida e invariable. Estapresin y temperatura son tambin las de saturacin. Para una misma presin desaturacin, las temperaturas de ebullicin y condensacin coinciden, y son iguales a latemperatura de saturacin para esa presin. La condensacin a presin constante estambin a temperatura constante.

Lquido saturado . Es cualquier lquido en ebullicin a la presin y a la temperatura, por tanto, de saturacin.

El agua en ebullicin es por ejemplo, agua saturada .

Vapor saturado . Es aquel que se desprende de un lquido en ebullicin (lquidosaturado) y que est, por lo mismo, a la presin y temperatura de saturacin.

El vapor saturado esta en equilibrio con el lquido saturado.Vapor hmedo (mezcla hmeda). Mezcla en equilibrio de lquido saturado y de vapor saturado y esta, por tanto, a la presin y temperatura de saturacin.

Vapor sobrecalentado . Vapor que estando a la misma presin de saturacin que unvapor saturado, tiene mayor temperatura que ste, o sea, mayor temperatura que la desaturacin. El vapor sobrecalentado que se forma cuando se calienta a presinconstante un vapor saturado. El grado de sobrecalentamiento del vapor es la diferenciade temperatura del vapor sobrecalentado y el vapor saturado.

Lquido comprimido . Lquido que a la temperatura de saturacin de un lquido saturado,tiene mayor presin que la presin de saturacin.

Temperatura crtica.Cualquier gas real (o vapor) puede ser licuado (condensado) por compresin.


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La temperatura crtica es una temperatura por encima de la cual ningn gas real(ovapor) puede ser licuado (condensado) con solo aumentar la presin. Es la temperaturasuperior a la cual una sustancia solo puede existir en forma de gas. Es la mximatemperatura que pueden soportar la fase liquida y de vapor como fases separadas. Auna temperatura mayor que la temperatura critica se formar el vapor sobrecalentado.

La temperatura crtica es la mxima temperatura de saturacin de un sistema liquido-vapor. La presin de saturacin para la temperatura crtica se llama presin crtica y elvolumen ocupado por el sistema se llama volumen crtico.

En el diagrama PV anterior se muestran estas fases del sistema lquido-vapor.

BALANCE DE ENERGIA

El balance de energa, al igual que el balance de masa, una de las operaciones msutilizadas en la industria qumica. Su empleo se extiende desde el control de cualquier equipo o proceso tecnolgico hasta el diseo de sistemas y aparatos industriales. Esaplicado para resolver gran cantidad de problemas prctico o tericos que aparecen enla industria.El balance de energa es tan amplio que se necesita conocer de los distintos tipos desistemas, de varios conceptos termodinmicos, del manejo de unidades, etc.

Principio de conservacin de la energa.

La energa ni se crea ni se destruye, solo se transforma.Por tanto, la suma de todas las energas que entran a un sistema, es igual a la suma delas energas que salen o a la suma de estas con las acumuladas.

Et= Es + E E

Et: Energa total que entraEs: Energa que sale E E: Energa que se acumula.

Para Sistemas de flujo estacionario. No se acumula energa, por tanto. Et=Es

Formas de energa.

La energa puede tener diferentes formas. Algunas de ellas pueden ser despreciablespor su magnitud en un clculo tecnolgico. Se definirn aquellas que ms utilidadtienen para nuestro trabajo: calor, trabajo, energa cintica, energa potencial, energainterna, energa de flujo y entalpa.

Calor.

Se define como la energa que se transmite de manera espontnea desde un cuerpo osistema de mayor temperatura a otro de menor temperatura. El calor total se representa


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por Q. Esta es una energa no acumulable y solo puede pasar de un cuerpo o sistema aotro. Otras formas de energa como la mecnica, la elctrica, la radiante, etc, puedentransformarse en calor.

Trabajo

Es la energa que se transfiere cuando un sistema es capaz de desplazar a otromediante un vector de fuerza. Es tambin una energa de transito y por tanto, no esacumulable. Se representa por W y puede expresarse como:

W= F.L

F: fuerzaL: distancia desplazadaEnerga cintica

Es la que tiene un cuerpo o sistema debido a la velocidad que posee. Puedeexpresarse por:

Ec= mV2

Ec: energa cinticam: masaV: velocidad promedio

Energa potencial

Esta energa es la que posee un sistema debido a la influencia que ejerce sobre elmismo la gravedad. Puede calcularse por:

Ep=mgh

Ep: energa potencialm: masag: aceleracin de la gravedadh: altura del sistema con respecto a un nivel de referencia

Energa interna

En la energa interna de un sistema intervienen tanto el constante movimiento de sustomos y sus molculas como las fuerzas de atraccin mutua entre dichas partculas.De aqu que la temperatura y las distancias medias entre sus molculas determinen losvalores de estos parmetros internos de un sistema dado. La energa interna es unavariable de estado y no puede calcularse de forma absoluta sino como una variacin deenerga ( E U) de la forma siguiente:

E U = U2-U1


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Donde U2, U1 son las energas internas en los estados de equilibrio final e inicialrespectivamente.

Energa de flujo

Esta energa es caracterstica de los sistemas de flujo estacionario. Por ejemplo, si seanaliza el paso de un fluido a travs de una tubera cilndrica que posee reastransversales diferentes en dos de sus secciones.

Fig.

Si se realiza un balance de energa en el sistema resulta que:

E (PV) = P2V2 P1V1

Donde:

E (PV): variacin de energa de flujo.P2V2, P1V1 : energas de flujo en los estados 2 y 1 respectivamente.P2, P1: presiones de los estados 2 y 1 respectivamente.V2, V1: volmenes en los estados 2 y 1 respectivamente.

La energa de flujo, tambin es una variable de estado.

Entalpa

En la aplicacin de los balances de energa se encuentra con frecuencia una variablellamada entalpa (H) , y viene dada por:

H = U + P VEs decir, por la suma de la energa interna de un sistema (U), mas el producto de supresin (P) por su volumen total (V). La entalpa es una variable de estado y en losbalances energticos aparece, por lo general, como una variacin desde un estadoinicial (Hi) a otro final (Hf) que puede hallarse por:

E H = E U + E (PV),


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Donde E H = Hf Hi

La entalpa puede ser expresada por unidad de masa (m) y entonces se denominaentalpa especfica (h), o sea:

h = H/m = U/m + PV/m= u + p v

Donde u + pv queda expresada en unidades de masa tambin.

BALANCE DE CALOR

Puede considerarse como un caso particular del balance de energa, que es el trminorealmente general, cuando los cambios en las otras formas energticas (cinticas,potencial, trabajo, etc.) resultan despreciables.

Tal situacin se presenta muy a menudo en la tecnologa qumica durante el diseo, laevaluacin o el control de sistemas o equipos industriales, o ambos.

Existen clculos incluso, donde la nica variacin apreciable para nuestro interssucede en la entalpa. Este balance es llamado balance de entalpa , aunque nuncadebe perderse el concepto de que todo forma parte de un balance de energa engeneral.

Capacidad calorfica (C)

Es la cantidad de calor necesario para elevar en un grado la temperatura de unasustancia. Es de mucha utilidad en el desarrollo de problemas de balance de calor. Sepuede determinar a volumen o a presin constante y entonces se simboliza por Cv oCp, respectivamente.

Calor especfico (c )

Es el resultado de dividir la capacidad calorfica de una sustancia entre la capacidadcalorfica de una sustancia de referencia de igual masa. El compuesto de referenciapara slidos y lquidos es generalmente el agua. Entonces, para una sustancia x el calor especifico a presin constante ser:

c = Cp/Cp H2O

Se utilizara el trmino calor especfico como cv o cp segn sea a volumen o a presinconstante respectivamente.

El balance de calor, como caso particular del balance de energa queda como sigue:


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Qe = Qs

Qe: sumatoria de los calores que entran al procesoQs: sumatoria de los calores que salen del proceso

La cantidad de calor puede expresarse como:

variacin de calor sensible

Calor sensible: Cuando el calor es suministrado ocurre un cambio de temperaturaapreciable sin un cambio de estado.

variacin de entalpa ( E H)

La variacin de entalpa para los procesos a presin constante es igual al calor.

calor latente

Calor latente (QL). Es la cantidad de calor que es necesario suministrar a un lquidosaturado de temperatura T, para transformarlo completamente en vapor saturado deigual temperatura. Es el calor que se relaciona con el cambio de fase de una sustanciade lquido a vapor.En un proceso a presin constante el calor latente QL = , H =m , h

En todos los casos, tanto los valores de calor especfico como los de entalpas, debenser hallados en tablas, grficos o nomogramas que se posean. Estos parmetrosdependen de la temperatura y de la presin de trabajo fundamentalmente.


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Ejercicios Propuestos. Captulo 1

Ejercicio 1Completa el siguiente Crucigrama

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1- Es una medida de la energa cintica media de traslacin de las molculas. Sepresenta en varias escalas.2- Ciencia que estudia las relaciones entre las diferentes formas de energa.3- Se define como la energa que se transmite de manera espontnea desde un cuerpoo sistema de mayor temperatura a otro de menor temperatura.4- Energa que tiene un cuerpo o sistema debido a la velocidad que posee.

5- Tipo de sistema que intercambia masa con el medio en que se encuentra.


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1- Es el estado donde la presin, la temperatura y el resto de las variables que locaracterizan tienen el mismo valor en todos y cada uno de los puntos de la sustancia detrabajo.Se define como la energa que se transmite de manera espontnea desde un cuerpo osistema de mayor temperatura a otro de menor temperatura.Ciencia que estudia las relaciones entre las diferentes formas de energa.4- Calor que cuando es suministrado ocurre un cambio de temperatura apreciable sinun cambio de estado.Energa que posee un sistema debido a la influencia que ejerce sobre el mismo lagravedad.


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1. Energa que posee un sistema debido a la influencia que ejerce sobre el mismola gravedad.

2. Sistema donde no se intercambia masa con el medio exterior (sus fronteras). Noentra ni sale sustancia.

3. Se define como la energa que se transmite de manera espontnea desde uncuerpo o sistema de mayor temperatura a otro de menor temperatura.4. Es una medida de la energa cintica media de traslacin de las molculas. Sepresenta en varias escalas.

5. Ciencia que estudia las relaciones entre las diferentes formas de energa.


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1. Es una medida de la energa cintica media de traslacin de las molculas. Sepresenta en varias escalas.

2. Calor que se relaciona con el cambio de fase de una sustancia de lquido avapor.

3. Energa que tiene un cuerpo o sistema debido a la velocidad que posee.4. Sistema donde no se intercambia masa con el medio exterior (sus fronteras). No

entra ni sale sustancia.5. Es el estado donde la presin, la temperatura y el resto de las variables que lo

caracterizan tienen el mismo valor en todos y cada uno de los puntos de lasustancia de trabajo.


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Ejercicio 5

Responda las siguientes preguntas:

1. Qu es la temperatura?

2. Cul es el tipo de energa que est relacionada con la velocidad?3. Cul es el tipo de energa que est relacionada con la posicin?4. Cul es el tipo de energa que est relacionada con la temperatura?5. Cul es el tipo de energa que est relacionada con el movimiento?6. Cul es el primer principio de la energa?7. Qu es el calor?8. Cules son las formas en que se manifiesta el calor?9. En qu se diferencia el calor sensible del calor latente?10. Qu pasa con la energa cintica cuando aumenta la temperatura?11. Qu es el equilibrio?12. Qu es calor especfico?13. Cundo hay variacin de calor latente habr cambio de estado?14. Cundo hay variacin de calor sensible habr cambio de estado?15. En qu se diferencia la evaporacin de la ebullicin?

Ejercicio 6

A- Cual es el calor especfico para el

acetileno a 280 oC? _____________ aire a 373 K? _____________ etano a 473 K? ____________ etileno a 200? _______________ Dixido de azufre a 450oC? ____________ Dixido de carbono a 350oC? ____________ Hidrgeno a 273 K? ____________ Etilbenceno a 50oC ___________ Naftaleno a 150 C ___________ Dicloroetano a 303 K ___________ tolueno a 298 K ___________ Acido sulfurico al 98% a 30oC ___________ Exprese el resultado en KJ/Kg.oC, conociendo que 1kcal=4.19 KJ

Tabla auxiliar al nomograma para determinar Calores Especficos de Gases(Temperaturas en oC)No Temp. mnima Temp. mxima10 Acetileno 0 20015 Acetileno 200 40017 agua 0 140027 aire 0 140030 Cloruro de hidrogeno 0 1400


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22 Dioxido de azufre 0 40031 Dioxido de azufre 400 140018 Dioxido de carbono 0 40024 Dioxido de carbono 400 14003 Etano 0 200

9 Etano 200 6008 Etano 600 14004 Etileno 0 20011 Etileno 200 6001 Hidrgeno 0 6002 Hidrgeno 600 14005 metano 0 3006 metano 300 70029 oxigeno 500 1400

B- Para una temperatura de 100 oC, cual ser el calor latente de vaporizacin del Acido acetico Dioxido de carbono Isobutano Pentano Etanol


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Captulo 2 Mecanismos de Transferencia de Calor

TRANSFERENCIA DE CALOR.

Se ha descrito a la transferencia de calor como el estudio de las velocidades a lascuales el calor se intercambia entre fuentes de calor y recibidores, tratados usualmentede manera independiente. Los procesos de transferencia de calor se relacionan con lasvelocidades de intercambio trmico, tales como las que ocurren en los equipos deintercambio de calor en los procesos industriales. Este enfoque aumenta la importanciade las diferencias de temperatura entre la fuente y el recibidor, lo que es, despus detodo, el potencial por el cual la transferencia de calor se lleva a efecto. Un problematpico de la transferencia de calor involucra a las cantidades de calor que debentransferirse, las velocidades a las cuales deben transferirse debido a la naturaleza delos cuerpos, la diferencia de potencial, la extensin y el arreglo de las superficies queseparan la fuente y el recibidor, y la cantidad de energa que debe disiparse parafacilitar la transferencia de calor. Puesto que la transferencia de calor consiste en unintercambio en un sistema, la prdida de calor de un cuerpo deber ser igual al calor absorbido por otro dentro de los limites del mismo sistema.

La fuerza motriz del intercambio trmico es la diferencia de temperatura entre el cuerpode mayor temperatura (fuente caliente) y el de temperatura menor (fuente fra).

El intercambio trmico entre dos cuerpos consiste en el cambio energtico entremolculas, tomos y electrones libres, es debido as esto que la intensidad demovimiento de las partculas en el cuerpo caliente disminuye mientras que en el froaumenta.

Existen dos mtodos para la realizacin de los procesos de intercambio trmico: por contacto directo de los agentes fro y caliente o a travs de una pared que separadichos agentes (mas difundido en la industria).

Durante la transferencia de calor a travs de una pared los agentes no se mezclan, sinoque se mueven por canales separados. La superficie de la pared que separa losagentes se llama superficie de intercambio de calor.

Flujo calorfico . Es la cantidad de calor transmitida de un cuerpo a otro por unidad detiempo. Cuando el flujo calorfico esta referido al equipo al cual se realiza el proceso sedenomina carga calorfica del equipo.

Durante el intercambio trmico entre dos cuerpos, ocurrir la disminucin de la entalpade la fuente caliente y el aumento de la entalpa de la fuente fra.

Ecuacin de balance trmico: Qced = Qabs + QperdQced --------calor cedido por la fuente calienteQabs---------calor absorbido por la fuente fraQperd--------calor liberado al ambiente.


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Qced = mC (T2-T1), T2 y T1 temperaturas del foco caliente

Qabs = mC (t2-t1), T2 y T1 temperaturas del foco fro.

La diferencia de temperaturas de entrada y salida de los agentes caliente y fro sedenomina calor sensible. En l no existe cambio de fase.

La diferencia de temperatura entre el foco caliente y el foco fro se conoce como cargade temperatura y es la fuerza motriz del proceso de transmisin del calor.

Mientras mayor sea la carga de temperatura, es decir, cuanto mas grande sea la fuerzamotriz del proceso de transmisin de calor, mas grande ser la velocidad de transmisinde calor y la cantidad de calor, es decir, el flujo de calor de la fuente caliente a la fra.

Mecanismos de la transferencia de calor.

Existen tres mecanismos fundamentales: conduccin, conveccin, radiacin.

Conduccin. Se propaga el calor o la energa interna por el contacto directo entre lasmicro partculas que constituyen el cuerpo. En los cuerpos slidos, es el mecanismofundamental de propagacin del calor.

Conveccin. Transmisin del calor debido al desplazamiento de pequeos volmenesde gases y lquidos a distintas temperaturas que se mezclan. Puede presentarse comoconveccin natural o libre , que se produce por la diferencia de densidades en diversaspartes del volumen del liquido o gas que estn a diferentes temperaturas; o conveccinforzada como resultado del movimiento forzado de todo el volumen del fluido obtenidocon una bomba, ventilador, agitador, etc.

Radiacin. Transferencia de calor en forma de ondas electromagnticas de diferentelongitud, debidas al movimiento de los tomos y molculas del cuerpo radiante. Todoslos cuerpos son capaces de emitir energa, que al ser absorbida por otros, setransforma de nuevo en calor. As se realiza el intercambio de calor radiante, constituidopor emitir y absorber las radiaciones.

Estos mecanismos presentados no se presentan de forma aislada en la prctica, sinembargo, bajo condiciones concretas, por lo comn predomina uno de ellos.

Transferencia de calor por Conduccin

Es la transferencia de calor a travs de un material fijo.Est vinculada a la distribucin de temperatura dentro del cuerpo. La misma caracterizael estado trmico de un cuerpo y determina su grado de calentamiento. Como el estadotrmico de los diferentes puntos de un cuerpo durante la conduccin es diferente, latemperatura de un punto depender de la posicin del punto y del tiempo. Esto sedenomina campo de temperatura.


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Si la temperatura vara con el tiempo, el campo de temperatura es inestable (noestacionario) y si no varia es estable o estacionario. Cualquiera que sea el campo detemperatura, existirn puntos de igual temperatura, el lugar geomtrico de los cualesconstituye una superficie isotrmica. Tales superficies no se cruzan, pues un mismo

punto no puede tener dos temperaturas diferentes.Gradiente de temperatura. Es un vector orientado normal a la superficie isotrmica y enel sentido del aumento de temperatura. Es contrario al flujo calorfico por unidad derea.

Durante la transferencia de calor, las temperaturas de los agentes varan y, por tanto,tambin lo hace la carga de temperatura.

Ley de Fourier.

Es fundamental en la transferencia de calor por conduccin. Plantea que la cantidad decalor por conduccin es proporcional al rea, al tiempo y al gradiente de temperatura.

Coeficiente de conductividad trmica (K): cantidad de calor que pasa por unidad detiempo, a travs de la unidad de superficie de intercambio trmico, perpendicular al flujocalorfico, cuando la temperatura disminuye en un grado por unidad de longitud[W/moC].Para aislantes y materiales de la construccin K [0.02-3.0 W/moC ].Para la mayora de los lquidos, la conductividad trmica disminuye al aumento detemperatura, excepto el agua, glicerina y algunas soluciones acuosas.

Transferencia de calor por conduccin a travs de una pared.La Ley de Fourier se aplica en estos casos y resulta:

Q = KA (tT1-t2)/ q = K(t1-t2)/

Donde:K: coeficiente de conductividad trmicaQ: cantidad de calor : Espesor de pared

A: rea de la pared perpendicular al flujo de calor

(t1-t2): variacin de temperatura de las superficies interna y externa.Si la pared plana tiene varios espesores (pared compuesta):


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En el ejemplo se muestra de 3 espesores diferentes.

q = . t1-t4 .1/K1 + 2/K2 + 3/K3

El factor /K se considera la resistencia trmica de la capa de la pared. En una paredcompuesta, la resistencia trmica total ser la suma de todas las resistencias trmicasparciales para cada capa de la que este formada.

La conductividad trmica de los slidos es mayor que la de los lquidos, que a su vez esmayor que la de los gases. Es ms fcil transmitir calor a travs de un slido que atravs de un lquido, y ms fcil por un liquido que a travs de un gas.Algunos slidos, tales como los metales, tienen altas conductividades trmicas y sellaman conductores. Otros tienen bajas conductividades y son malos conductores delcalor. Estos se llaman aislantes. Las conductividades de los slidos varan con latemperatura.

Transferencia de calor por conveccin.

Conveccin: La conveccin es la transferencia de calor entre partes relativamentecalientes y fras de un fluido mediante mezclas.

Suponga que un recipiente con un lquido se coloca sobre una llama caliente. Ellquido que se encuentra en el fondo del recipiente se calienta y se vuelve menos densoque antes, debido a su expansin trmica. El lquido adyacente al fondo es tambinmenos denso que la porcin superior fra y asciende a travs de ella, transmitiendo sucalor por medio de mezcla conforme asciende. La transferencia de calor del lquidocaliente del fondo del recipiente al resto es conveccin natural o libre. Si se producecualquier otra agitacin, tal como la provocada por un agitador, el proceso es deconveccin forzada.


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La transferencia de calor por conveccin se debe al movimiento del fluido. El fluido froa adyacente a superficies calientes recibe el calor que luego transfiere al resto del fluidofro mezclndose con el. La conveccin libre o natural ocurre cuando el movimiento delfluido no se complementa con agitacin mecnica. La conveccin forzada puede

lograrse aplicando un agitador, aunque en algunas aplicaciones se logra haciendocircular los fluidos fros y calientes a velocidades considerables en lados opuestos delos tubos. La conveccin forzada ocurre a velocidades mayores que la libre, y es mscomn.Mientas mayor sea el movimiento del fluido (mayor turbulencia), y mas enrgicamentese realice la mezcla de las partculas del mismo, la transferencia de calor por conveccin ser mas intensa.

Se ha determinado que la transferencia de calor de la superficie de un slido a unfluido, se realiza a la accin simultnea la conduccin y la conveccin. El mecanismo dela conduccin lo determina el coeficiente de conductividad trmica y el gradiente detemperatura. La conveccin la determinan las condiciones hidrodinmicas del fluido. Latransferencia de calor efectuada por ambos mecanismos se denomina intercambio decalor por conveccin o emisin calorfica.

Para los procesos de transferencia de calor por conveccin o emisin calorfica, elrgimen del movimiento tiene gran importancia, puesto que el mismo determina elmecanismo de transferencia de calor. Cuando el rgimen es laminar, se observa que latransferencia de calor en una direccin normal a la pared se realiza fundamentalmentepor el mecanismo de la conduccin. Cuando el rgimen de la corriente es turbulento, seobserva que solo el mecanismo de la conduccin se manifiesta en la subcapa laminar,mientras que en la zona del ncleo turbulento la transferencia se efectuad debido almezclado intenso de las partculas de fluido que conlleva a la nivelacin detemperaturas en esta zona hasta un valor promedio.

La intensidad de la emisin calorfica se determina por la resistencia al paso del calor en la subcapa laminar adyacente a la superficie del slido que resulta ser determinantecomparada con la del ncleo.


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A travs de la subcapa laminar adyacente, el mecanismo predominante es laconduccin, la transferencia de calor ocurre debido a la conductividad trmica, por tanto, en el rgimen laminar y en el turbulento, en ambos se aplica la Ley de Fourier.

La intensidad del intercambio trmico por conveccin se determina con ayuda de laexpresin de Newton-Richman:

Q = A (tp-t)

Donde:

Q: flujo de calor transferido por conveccin, WA: rea de intercambio de calor, m2tp: temperatura de la cara de la pared slida, Kt: temperatura media del fluido, K: Coeficiente de proporcionalidad, llamado coeficiente de emisin calorfica ocoeficiente individual de transferencia de calor, W/m2. Grado

La constante de proporcionalidad es un trmino sobre el cual tiene influencia lanaturaleza del fluido y la forma de agitacin, y debe ser evaluado experimentalmente.

La magnitud caracteriza la intensidad de la transferencia de calor entre la superficieslida y el fluido. El coeficiente de emisin calorfica representa la cantidad de calor entregada en la unidad de tiempo por unidad de superficie, cuando la diferencia detemperaturas entre la superficie y el fluido es la unidad.

= . Q .A (tp-t)

Hay que sealar que es una funcin compleja con muchas variables, sobre todo enrgimen turbulento, por lo que depender de los factores siguientes:


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El carcter del movimiento del fluido que cede el calor (laminar o turbulento), es decir, lavelocidad del fluido, su densidad y su viscosidad.Las propiedades fsicas de los fluidos ya sea el calor especifico, la conductividadcalorfica y en algunos casos el coeficiente de expansin volumtrica.Las magnitudes geomtricas, por ejemplo: para los tubos su dimetro, longitud y

rugosidad.De lo anterior se concluye que al calcular el flujo de calor por conveccin, lasdificultades sern al calcular .

Esta se calcula utilizando los criterios de:

Nusselt: Expresa la relacin entre la intensidad de la transferencia de calor por conveccin y la que se efecta por conduccin en la subcapa laminar.

Prandtl: Caracteriza la similitud. de propiedades fsicas de los agentes que toman parte

en la transferencia de calor por conveccin. Esta constituido por las propiedades fsicasdel fluido.

Grashof: Caracteriza la correlacin de las fuerzas de rozamiento, inercia y sustentacindebido a las diferencias de densidades en los distintos puntos del flujo no isotrmico. Esevidente que si el flujo es isotrmico (Ejm: transferencia de calor de un vapor que secondensa hacia un lquido hirviendo durante la evaporacin qumica de una disolucinque se desea concentrar) este criterio es cero.

Reynolds: Caracteriza el rgimen hidrodinmico y es una medida de la relacin entrelas fuerzas de inercia y las de rozamiento interno de flujo.

Los valores de las propiedades fsicas de los fluidos en los diferentes criterios setomaran por la llamada temperatura determinante. Esta temperatura se indica en cadacaso concreto de emisin calorfica.

Ejm.

La temperatura determinante ser la temperatura media del fluido.tdet = t media = ti-tf

2

La temperatura determinante ser la temperatura de la capa limite (pelcula).tdet = t pel = tp-tmedia

2La transferencia de calor por conveccin procede como resultado de la mezcla, por tanto, la transferencia de calor por conveccin lograda a rgimen turbulento es mayor que en rgimen laminar.


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Transferencia de calor por radiacin.

El fenmeno de la radiacin es una propiedad de todos los cuerpos, la radiacin de laenerga se produce continuamente como resultado de los movimientos interatmicos,cuya intensidad esta determinada por la temperatura del cuerpo. En este caso, los

portadores de energa de radiacin son las oscilaciones electromagnticas, cuyaslongitudes de ondas pueden variar desde pequeos valores (micrmetros) hastamuchos kilmetros.

Para nuestro estudio solo interesaran las radiaciones cuyo surgimiento es determinadosolo por la temperatura y las propiedades pticas del cuerpo radiante.

Tales propiedades las poseen los rayos luminosos e infrarrojos cuya longitud de ondaesta entre 0.5-800 micrmetros. Estos rayos se denominan rayos trmicos y al procesode su propagacin, radiacin trmica .

Cuando la energa radiante emitida por un cuerpo incide en otro, se absorbe solamenteuna parte de esta, otra parte se refleja y la otra se transmite a travs del cuerpo. Aquellaparte de la energa radiante que es absorbida por el cuerpo, se transforma nuevamenteen energa trmica. La energa que se refleja incide sobre otros cuerpos circundantes yes absorbida parcialmente por estos, lo mismo ocurre con la energa que pasa a travsdel cuerpo. De este modo, despus de una serie de absorciones, la energa radiante sedistribuye por completo entre los cuerpos circundantes. Por tanto, cada cuerpo no soloirradia ininterrumpidamente, sino que absorbe tambin sin cesar la energa radiante.Como resultado de estos fenmenos ligados a la doble transformacin mutua (trmica-radiante-trmica), se realiza el proceso de intercambio de calor por radiacin. Lacantidad de calor cedido o absorbido se determinara por la diferencia entre lascantidades de energa radiante emitida y absorbida por el cuerpo.. Dicha diferencia esdistinta de cero, si la temperatura de los cuerpos que participan en el intercambio deenerga radiante es diferente.. Cuando la temperatura de estos cuerpos es igual, todo elsistema se encuentra en equilibrio trmico. En este caso, todos los cuerpos del sistematambin emiten y absorben, solo que para cada uno de ellos la absorcin de energaradiante es igual a su gasto..

La cantidad de energa radiante que pasa a travs de una superficie en una unidad detiempo se denomina flujo de radiacin o radiante (Q).

Si el cuerpo absorbe toda la energa incidente en l se denomina cuerpo negro .

Si el cuerpo refleja toda la energa incidente en l se denomina cuerpo blanco .

Si el cuerpo deja pasar toda la energa incidente en l se denomina cuerpo transparenteo diatrmico.

En la naturaleza no existen cuerpos absolutamente blancos, negros o transparentes, espor eso que a los cuerpos reales que absorben, reflejan y dejan pasar una u otra partede la luz incidente se denominan cuerpos grises .


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Intercambio de calor por radiacin entre los cuerpos.

Los cuerpos no solo emiten, sino que tambin absorben y reflejan la energa que esemitida por otros cuerpos al medio circundante. La cantidad de calor irradiado que cede

un cuerpo ms caliente a otro menos caliente se determina por:Q = C o(1-2) A[ (T1/100)4 - (T1/100)4 ]

Donde:

Q: cantidad de calor transferido por radiacin en unidad de tiempo, WA: rea de superficie de radiacin, m2Co(1-2): coeficiente de radiacin del sistema W/m2K4T1 y T2: temperaturas absolutas de cuerpos caliente y fro respectivamente, K

: Coeficiente angular medio.

: se determina con la forma y las dimensiones de las superficies que participan en elintercambio trmico, su situacin mutua en el espacio y la distancia entre ellas.El coeficiente de radiacin depende de la disposicin mutua y de la emisividad de lassuperficies radiantes alas temperaturas T 1 y T2.

Perdidas de calor al medio

Cuando se evalan las prdidas de un equipo, se observan que las mismas ocurrentanto por conveccin como por radiacin, es por eso que se necesita determinar uncoeficiente de emisin calorfica combinado, que tenga en cuenta la transferenciaconjunta de calor por conveccin y radiacin.

Para equipos que se encuentren en locales donde la temperatura de superficie delequipo no exceda los 150oC, puede utilizarse la expresin

= 9.74 + 0.07 TT: diferencia de temperatura entre la superficie del aparato y el aire circundante.: Coeficiente total de emisin calorfica por conveccin y radiacin.

Para disminuir las perdidas de calor al medio ambiente, generalmente los aparatos vancubiertos por una capa aislante formada por un material de baja conductividad trmica.Esto conduce a que aumente la resistencia a la transferencia de calor y disminuya latemperatura de la superficie exterior. La determinacin del espesor de la capa aislantese basara en las perdidas permisibles de calor o en las temperaturas permisibles de lapared exterior.


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Temperatura:

Los procesos de transferencia de calor en los cuales las temperaturas se mantienenconstantes son pocos difundidos. Es mas frecuente encontrar que en los equiposindustriales las temperaturas de los agentes que toman parte varen.

La transferencia de calor a temperaturas variables depende de la direccin mutua en elmovimiento de los portadores de calor. En los procesos continuos de intercambiotrmico son posibles las siguientes variantes en la direccin del movimiento de losfluidos, uno respecto al otro a lo largo de la pared que los separa:corriente o flujo paralelo, para el cual los fluidos se mueven en la misma direccinflujo a contracorriente, para el cual los fluidos se mueven en direccin contraria.corriente o flujo cruzado, si los agentes se mueven de forma perpendicular corriente mixta, cuando un fluido se mueve en una direccin y el otro se mueve tanto enparalelo como en contracorriente.

La fuerza motriz de los procesos de transferencia de calor en el caso que lastemperaturas sean variables, cambia en dependencia del tipo de direccin reciproca enel movimiento de los portadores de calor. Es por eso que se usa un valor promedio dedicha fuerza motriz que se denomina carga de temperatura media ( Tm).

Para el flujo en paralelo, la temperatura final del agente fro siempre ser menor que latemperatura final del agente caliente.

Durante el flujo a contracorriente, la temperatura final del agente fro puede ser mayor que la temperatura final del agente caliente. Por esto para la misma temperatura inicialdel agente fro, en el caso de flujo a contracorriente, se puede calentar hasta unatemperatura mas alta, que en el caso de flujo en paralelo.

La diferencia de temperatura ( T m) los dos agentes a lo largo de la superficie duranteel flujo paralelo varia de manera mas acentuada que durante el flujo a contracorriente.

Por tanto;La carga de temperatura media para el flujo a contracorriente es mayor que para el flujoen paralelo, cuando los agentes varan sus temperaturas en los mismos intervalos.

La ventaja del flujo a contracorriente sobre el paralelo en los procesos de intercambiotrmico, esta en que los valores de la fuerza motriz en el primer caso son superioresque en el segundo, por lo que la superficie de intercambio trmico requerida es menor bajo las mismas condiciones de transferencia.

Para el caso en que en el intercambio trmico participe un agente que no vare sutemperatura, ya sea la condensacin de vapor saturado o la ebullicin de liquido, lacarga de temperatura media ser la misma tanto para el flujo en paralelo como acontracorriente.


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Ejercicios Propuestos Captulo 2

1- Indique la respuesta correcta con una cruz (X)

Cules son los mecanismos de transferencia de calor? Conduccin, conveccin y radiacin Condensacin y vaporizacin Evaporacin y ebullicin

En qu estado de la sustancia predomina ms el mecanismo de la conduccin? Slidos Lquidos Gases

Cul es el mecanismo que predomina en el flujo de vapor circulando por el interior de

una tubera? Conduccin Conveccin Evaporacin

Qu mecanismo ocurre cuando existe en un fluido zonas de diferentes densidades? Conveccin libre Conveccin forzada Conduccin

2- Marque con una cruz (X) la respuesta correcta.

Qu ocurre en la ebullicin? Hay cambio de fase Se forma el vapor en la superficie del lquido. En la masa del lquido no se aprecia movimiento.

3- Diga verdadero (V) o falso (F)

______ La transferencia de calor por radiacin ocurre sin una transferencia directa deenerga cintica entre las molculas.

4- Nombre dos factores que influyen en la cantidad de transferencia de calor radiante.


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Captulo 3 Intercambiadores de calor.

Coeficiente global de transferencia de calor.

Al analizar un proceso de transferencia de calor entre un agente caliente y uno fro a

travs de una pared, es necesario considerar la accin conjunta de los mecanismosfundamentales de la transferencia de calor. La parte fsica del proceso la determinanpor completo los mecanismos de la conduccin, conveccin y radiacin, por lo que senecesita conocer las caractersticas cuantitativas del proceso en general. Este es elobjetivo del clculo del Coeficiente global de transferencia de calor, que determina lavelocidad media de transferencia de calor a lo largo de la superficie de intercambiotrmico. Se define como la cantidad de calor que se transfiere entre el agente caliente yel fro en la unidad de tiempo a travs de la unidad de superficie, cuando la carga detemperatura es igual a la unidad.

El Coeficiente global de transferencia de calor limpio se determina cuando se considerala superficie de intercambio limpia de deposiciones o incrustaciones, que puedan dejar los fluidos que toman parte en el proceso.Cuando los equipos de transferencia de calor han estado operando durante algntiempo, es frecuente la deposicin de slidos sobre la superficie de transferencia decalor. Esto puede ocurrir para los dos agentes que forman parte en el proceso detransferencia de calor. Para los intercambiadores de calor esto se aprecia tanto para elfluido que va dentro de los tubos, como para el que va fuera de los mismos.Las deposiciones en la superficie de transferencia de calor se denominanincrustaciones y las mismas crean una resistencia adicional al proceso de transferenciade calor. Dicha resistencia disminuye el valor del coeficiente global limpio y trae comoconsecuencia que la carga calorfica requerida no se transfiera por la superficie originaldel equipo, la temperatura final del agente caliente aumenta, y la final del agente frodisminuye respecto a la temperatura de salida deseada, aun cuando los coeficientestotales de emisin calorfica se mantengan constantes.

Para obviar las dificultades, en el diseo de los equipos de intercambio trmico seconsidera una resistencia denominada factor de obstruccin o de incrustacin, el cualse obtiene de la suma de los factores de obstruccin de los fluidos que toman parte enel proceso de transferencia de calor. Cuando el coeficiente global de transferencia decalor toma en cuenta las resistencias debido a las incrustaciones se le denominaCoeficiente global de transferencia de calor sucio.

La expresin que relaciona ambos coeficientes es:

1/Ud = 1/UL + Rd donde:

Ud: Coeficiente global de transferencia de calor sucio.UL: Coeficiente global de transferencia de calor limpio.Rd: factor de obstruccin


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Intercambiadores de calor

En la Industria Qumica se emplean ampliamente diferentes operaciones detransferencia de calor de unas sustancias a otras. Las sustancias que toman parte delproceso se denominan portadores de calor y los aparatos donde se realiza la

transferencia se conocen como intercambiadores de calor.Los equipos de intercambio trmico se definen por las funciones que desempean enun proceso, aunque todos se usan para la transferencia de calor entre corrientes delproceso..

Calentadores: se usan para calentar fluidos. Generalmente se usa como agente decalentamiento vapor de agua, fracciones de petrleo y otros lquidos calientes.

Enfriadores: Se usan para extraer calor de un agente caliente. El agua es el agente deenfriamiento mas utilizado.

Condensadores: Son enfriadores que extraen el calor latente de un vapor.

Hervidores: Suministran el calor necesario para el cambio de fase de un liquido.

Evaporadores: Se usan para concentrar soluciones mediante la evaporacin del agua.

Principales agentes de calentamiento: vapor de agua, vapores de lquidos contemperaturas de ebullicin elevadas, lquidos calientes, gases calientes, corrienteelctrica, y otros.

El agente de calentamiento mas utilizado es el vapor saturado de agua a baja presin,por su elevado coeficiente de emisin calorfica, su bajo costo y por producir uncalentamiento uniforme a temperatura constante y fcil de controlar.

Es poco frecuente el uso de vapor de agua recalentado por ser menor su coeficiente deemisin calorfica que el del vapor saturado.

Cuando la sustancia puede mezclarse con el condensado del vapor, se utiliza elcalentamiento con vapor vivo, el cual se introduce directamente en el lquido.

La utilizacin de gases industriales como agentes de calentamiento permite disminuir elconsumo de combustibles en las plantas industriales y contribuye al logro de mayor eficiencia econmica en las plantas industriales. Empleando estos gases, es posiblealcanzar temperaturas superiores a 400 oC.

Los agentes de enfriamiento ms usados son: el agua, el aire, lquidos fros, salmueras.Para temperaturas por debajo de 0 oC se emplean vapores de lquidos voltiles (ejm.Amoniaco), gases licuados (ejm. CO2, etano, otros) o salmueras refrigerantes.El mas usado es el agua por sus siguientes ventajas: elevado calor especfico,coeficiente de emisin calorfica alto, facilidad de empleo.


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Para disminuir la accin corrosiva del agua, los tubos son construidos de aleacionescomo admiralty, latn rojo, cobre, aluminio y aluminio al bronce. Como las corazas seconstruyen de acero en la mayora de los equipos, ser recomendable hacer circular agua por el interior de los tubos y construir el cabezal y el carrete de hierro fundido, que

es bastante pasivo al agua. Para disminuir las incrustaciones de sales minerales en lasparedes de los tubos, se recomienda que la temperatura de salida del agua deenfriamiento no sea superior a 50oC. La velocidad en el agua en el interior de los tubosdebe ser 1m/s o ligeramente superior, para evitar que se adhieran a los tubos lodos por la accin microbiana en el fluido.

El aire, al igual que otros gases, tiene coeficientes de emisin relativamente bajos. Parausar el aire atmosfrico como agente de enfriamiento es necesario establecer unacirculacin forzada con ventiladores y aumentar la superficie de contacto. Ejm. Uso desuperficies extendidas.

Segn el mtodo empleado para realizar la transferencia de calor los intercambiadoresse clasifican el tres grandes grupos:

Superficiales. La transferencia de calor se realiza a travs de una pared que separa alos dos agentes.tubulares: de tubo en tubo (tubos concntricos), de tubos en cuerpo (tubos y carcaza),de irrigacin, de inmersin.LaminadosEspiralesDe camisa

De regeneracin . La transferencia de calor ocurre en dos periodos, con el paso alternode los agentes sobre las empaquetaduras del intercambiador.

De mezcla. Existe contacto directo entre los agentes que participan en el intercambio decalor.

Intercambiadores superficiales

Intercambiador de tubo en tubo

Se compone de varios elementos cada uno de los cuales esta integrado por dos tubosconcntricos. El tubo exterior tiene mayor dimetro que el interior. El tubo interior decada elemento se une con el del siguiente por codos con bridas. El tubo exterior decada elemento se une tambin con los elementos vecinos, con lo que se crea unconducto para el flujo de uno de los agentes. Un agente pasa por el interior del tubointerior y el otro por el espacio anular entre los tubos.


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Ventajas: Son equipos sencillos con alto coeficiente de transferencia de calor y menor posibilidad de incrustaciones, debido a la elevada velocidad de los agentes.

Limitaciones: Son mas voluminosos y costosos. El rea de intercambio se creasolamente en la superficie de los tubos internos. No es fcil la limpieza en el espacio

anular.Se emplean para procesar pequeos flujos de fluidos, transferencia liquido vapor ycomo refrigerante de gases.

Intercambiador de tubo y coraza

Es el equipo de intercambio trmico mas usado en la industria qumica.

Formado por un haz de tubos dispuestos en el interior de un cuerpo o coraza. Los tubosse encuentran fijados en placas horadadas. Uno de los agentes se mueve dentro de lostubos y el otro por fuera de los tubos (lado de la coraza).

Se denomina pase al desplazamiento de un agente por toda la longitud del aparato.Este recorrido no es rectilneo necesariamente. Los intercambiadores pueden ser de unpase o multipases.

Los tabiques transversales se emplean tanto en los intercambiadores de un pase comoen los multipases, y no modifican el nmero de pases del agente que se mueve por elexterior de los tubos.

Los tabiques segmentados son los ms frecuentes en los intercambiadores de calor, ysu nmero depende de la longitud de los tubos y de la separacin entre ellos.La distribucin de los tubos esta en funcin de las necesidades del proceso.

Los intercambiadores de calor de un pase se emplean para procesar una gran cantidadde lquido o cuando uno de los agentes es gas o vapor. En otras situaciones seemplean los intercambiadores multipases para lograr mayor eficiencia en latransferencia de calor, aunque tienen como desventaja el aumento de la resistenciahidrulica en el equipo, y la construccin del mismo es ms compleja tambin.

Los intercambiadores de tubo en cuerpo pueden ser colocados horizontal overticalmente. Cuando se les coloca verticalmente, los fluidos se mueven acontracorriente, el agente de enfriamiento se mover de abajo hacia arriba, mientrasque el que cede calor se mover en sentido contrario. Tal direccin del flujo para cadasustancia, coincide con la direccin de las corrientes convectivas originadas por elcambio de densidad al calentarse o enfriarse.

Durante la transferencia de calor los tubos y la envoltura se calientan y dilatan. Cuandolos tubos se encuentran unidos a dos placas fijas no pueden dilatarse libremente y seoriginan tensiones por la diferente dilatacin de los tubos y las placas. Los


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intercambiadores de placa fija se emplean cuando existe una pequea diferencia detemperatura entre los tubos y el cuerpo. Si la diferencia de temperatura entre losagentes es mayor que 50 oC, no es posible utilizar intercambiadores con cabezal fijo.

Para lograr compensar la dilatacin desigual de los tubos y el cuerpo, se emplean

intercambiadores con una placa fija y otra mvil, as como diferentes dispositivoscompensadores, tales como el compensador lenticular, el uso de tubos en forma de Uunidos a una sola placa, y el empleo de tubos unidos a placas mviles conprensaestopas.

Los tubos para intercambiadores de calor se encuentran disponibles en varios metaleslos que incluyen acero, cobre, aluminio-bronce y acero inoxidable entre otros. Eldimetro exterior de los tubos se mide en pulgadas dentro de tolerancias muy estrictas,y diferentes gruesos de pared.

Existen diferentes arreglos para los tubos de intercambiadores:

Arreglo en cuadro

Arreglo triangular

Arreglo en cuadro rotado

Arreglo triangular con espacio para limpieza:Los orificios de los tubos no pueden taladrarse muy cerca uno de otro. La distancia mascorta entre dos orificios es el claro o ligadura, y estos son medidas estandar.Los arreglos en cuadro es donde los tubos se encuentran ms accesibles para lalimpieza externa.


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Arreglos

En los arreglos triangulares es donde se logra mayor turbulencia.

Debido a que los mayores coeficientes de transferencia de calor se logran con los

estados de turbulencia, se sitan en los intercambiadores los llamados deflectores, quehacen que el liquido fluya a travs de la coraza a ngulos rectos con el eje de los tubos,incrementando el movimiento del fluido.

Al usar intercambiadores de cabezal de tubo fijo, es necesario tener en cuenta laexpansin trmica entre los tubos y la coraza durante la operacin, o de otra manera sedesarrollaran esfuerzos trmicos. Una solucin es usar juntas de expansin.

Desde el punto de vista prctico, es difcil obtener altas velocidades cuando uno de losfluidos fluye a travs de un solo paso. Esto puede modificarse haciendo que el fluido enlos tubos pase en dos mitades del tubo sucesivamente. (Intercambiador 1-2)Intercambiadores de tapa flotante. Son usados para evitar daos por la expansintrmica del metal con las altas temperaturas.

Los intercambiadores que usan agua son bastante frecuentes. El agua es muy usadacomo principal agente de enfriamiento. A pesar de su abundancia, las caractersticas detransferencia de calor del agua la separan de los dems fluidos. Es corrosiva al acero,particularmente cuando la temperatura de la pared de los tubos es alta y hay presenteaire disuelto, muchas veces se usan equipos de materiales no ferrosos en equipos quetrabajan con agua. Los materiales para los tubos no ferrosos ms comunes son eladmiralty, latn, cobre, aluminio al bronce y aluminio. Puesto que las corazas sefabrican de acero, el agua debe circular por el interior de los tubos. El agua tambindebe ser controlada por las incrustaciones o aparicin de lodos microbianos quepueden aparecer en los tubos del intercambiador. Deben evitarse velocidades menoresde 3 pies/seg para aguas de enfriamiento.

Cuando se usa vapor de agua como medio de calentamiento aparecen algunasdificultades tambin. El condensado caliente es muy corrosivo, y se debe tener cuidadopara evitar acumulacin en el interior donde pueda ocasionar daos.

Deflectores


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Cuando un fluido debe calentarse a temperaturas cercanas o superior a la del vapor deescape, si la temperatura de salida del fluido fro se aproxima a la del vapor de escapeen un primer intercambiador (calentador), este ser grande en cuanto a dimensiones.Por otra parte, si este rango de temperaturas no es cercano, en el segundointercambiador (calentador) los costos de operacin sern elevados.

Ventajas de los intercambiadores de tubo y coraza: Equipos compactos, fcil la limpiezaen el interior de los tubos, es pequea la cantidad de metal que no participa en elintercambio.

Limitaciones: Velocidades pequeas para el fluido que se mueve por fuera de los tubos.Difcil limpieza en el espacio intertubular y no se deben trabajar con presiones muyelevadas.

Otros tipos de intercambiadores:

Intercambiador de irrigacin.

Ventajas.: Equipos de construccin simple y bajo costo, es pequeo el gasto de aguade enfriamiento, fcil de inspeccionar y limpiar los tubos.

Limitaciones: Instalaciones voluminosas y sensibles a cambios en la instalacin deagua. Se producen perdidas de agua por evaporacin. Los coeficientes de transmisintrmica son bajos.

Intercambiador de inmersin.

Se emplean como enfriadores de lquidos y gases, como condensadores y calentadoresde lquidos.

Ventajas.: Construccin simple, fcil inspeccin y reparacin. Son poco sensibles acambios en el rgimen de flujo y flexibilidad en la operacin.

Limitaciones: Instalacin relativamente grande. Es pequeo el valor del coeficiente deemisin calorfica del lquido por fuera de los tubos. Para aumentar el valor delcoeficiente total de transferencia de calor se instala un agitador.

Intercambiadores de placas

Su construccin es complicada, aunque se desarman y se limpian con facilidad. Suempleo ms importante es en medicamentos y la industria alimenticia.

Existen algunas reglas generales para decidir la disposicin de los agentes, aunque sonsolo aproximaciones y pueden ser flexibles.El agente que posee menor coeficiente de emisin calorfica debe pasar por dentro delos tubos, para lograr un alto coeficiente total de transferencia de calor.


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El agente caliente debe pasar por el interior de los tubos en los calentadores y por elespacio intertubular en los refrigerantes. Con esto se lograra disminuir las perdidas enun caso y la disminucin del consumo del agente fro en el otro.El agente que provoque mas incrustaciones, moverse por el lado donde la limpieza esmas fcil.

Si uno de los agentes esta sometido a presin alta, se pasara por dentro de los tubos,para que el equipo no este sometido a presiones elevadas.El agente mas corrosivo circulara por dentro de los tubos, con lo cual se puede construir la coraza o tubo exterior con un material menos costoso que el de los tubos.

Superficies extendidas (aletas).

Son dispositivos metlicos que se adicionan para aumentar la transferencia de calor.Con ellas se aumenta el flujo de calor a travs de la superficie, sin aumentar mucho lacada de temperatura a travs de la pared, o sea, debe tener una resistencia casi nula a

la transferencia de calor.Las superficies extendidas se colocan por el lado de menor coeficiente de emisin decalor, pueden utilizarse por dentro y fuera de los tubos. Por ejemplo: se colocansuperficies extendidas fuera de los tubos cuando por ese lado fluye un productoviscoso, un liquido en rgimen laminar o un gas y por dentro de los tubos cuando ocurreuna condensacin o fluye un liquido en rgimen turbulento.

Las superficies extendidas se fabrican de diversas formas, tales como discosrectangulares, aletas longitudinales, aletas helicoidales, y diferentes tipos de aletasdiscontinuas tales como las de estrella, de espina, de dientes, etc. Aunque en general,a todas las superficies extendidas se les conoce como aletas.

Las aletas se construyen con aleaciones de elevada conductividad trmica y con unpequeo espesor, de modo que la resistencia que presentan a la transferencia de calor,pueda despreciarse.

Algunos tipos de superficiesextendidas en forma de estrella.


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Condensacin

El cambio de un estado de vapor a lquido se llama condensacin. Se emplea paraobtener la rarificacin (vaco) en diferentes aparatos.

La condensacin tiene gran importancia en las torres de destilacin y en losevaporadores. La temperatura de condensacin en el condensador de una torre dedestilacin es la que determina la presin de operacin de dicha torre.

Mecanismos de condensacin

condensacin en pelcula: el lquido condensado moja la superficie de transferencia decalor y forma una capa liquida continua.

condensacin en gotas. El lquido no moja la superficie, sino que forma gotas dediferentes tamaos. Estas gotas crecen durante algn tiempo, luego caen y dejan librela superficie, en la que se forman nuevas gotas.

En general, en las superficies limpias y lisas ocurre preferentemente la condensacin enpelcula y sobre las superficies grasientas tiende a ocurrir la condensacin en gotas.

Segn la manera de enfriar, los condensadores se dividen en: de mezcla ysuperficiales. En los condensadores de mezcla, se establece el contacto directo delvapor y el agua usada como refrigerante. Segn el procedimiento de evacuacin delagua de condensado y de los gases no condensables, los condensadores de mezclasse dividen en secos y mojados. En los condensadores superficiales el calor se extraedel vapor condensable a travs de una pared. No existe contacto directo.

Como condensadores superficiales pueden emplearse intercambiadores de diferentestipos, pero los mas usados son los tubulares y los de irrigacin.

Otra clasificacin de los condensadores tiene en cuenta si adems de la condensacintiene lugar el desobrecalentamiento del vapor o el subenfriamiento de los condensados.Segn esta clasificacin existen tres tipos de condensadores: condensador,condensador desobrecalentador y condensador subenfriador.

Los condensadores se denominan totales o parciales, si ocurre o no la condensacin detoda la masa de vapor. Los condensadores parciales eran conocidos anteriormentecomo deflemadores (extractores de flema).Para la condensacin de vapores simples diferentes del vapor de agua, se empleangeneralmente intercambiadores 1-2 modificados, en los que se hace circular el vapor por fuera de los tubos. En la figura se muestra un condensador 1-2 en el cual el flujo devapor es dividido en dos corrientes mediante un deflector longitudinal y placastransversales de soporte.


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Cuando se necesita condensar un vapor y al mismo tiempo subenfriar el condensadopor debajo de su temperatura de saturacin, el proceso se denomina condensacin ysubenfriamiento. El procedimiento se emplea en procesos de destilacin que originalquidos voltiles como la gasolina, con ello se enfra el condensado antes dealmacenarlo y disminuyen las perdidas del producto.

La posicin del condensador influye en el valor del coeficiente pelicular de transferenciade calor. En general, cuando los tubos son colocados horizontalmente, presentan uncoeficiente dos o tres veces mayor que cuando son colocados verticalmente.

Cuando los condensadores deben poseer una elevada rea de transferencia de calor (5000 m2 ms), se les coloca horizontalmente para facilitar la distribucin del vapor yla extraccin del condensado. Cuando se desea condensar el vapor y subenfriar elcondensado resulta mas adecuado el condensador vertical.

El condensador de mezcla o baromtrico es un equipo donde se produce el contactodirecto de la masa de vapor y el agente de enfriamiento. Lgicamente, estos equipos seemplean para condensar vapor de agua u otro vapor que no afecte el mezclado con elagua.

Los condensadores baromtricos son ms sencillos y baratos que los equipos tubularesusados como condensadores.

Para aumentar la superficie de contacto entre el agua y el vapor, se empleandispositivos que alimentan el lquido en forma de gotas, chorros, etc.Por la parte superior del condensador se extraen los gases no condensables, puestoque la presencia de los mismos hara disminuir el vaco existente en el aparato. Lamasa gases no condensables representa el 1 % de las masa del vapor.Frecuentemente, la presin dentro del condensador se mantiene en el intervalo de 0.1-0.2 atm (9.8-19.6 kPa)

Los condensadores de mezcla se emplean ampliamente para crear rarificacin en lasinstalaciones que funcionan al vaco, entre ellas los tachos y evaporadores de laindustria azucarera, filtros rotatorios a vaco, secadoras a vaco, etc.


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1-Nombre qu mecanismo de transferencia de calor se pone de manifiesto en lossiguientes equipos.

Hogar de la caldera Intercambiador de calor (enfriador) Condensador Tubera de vapor.

2- Diga verdadero (V) o falso (F) _____ A mayor diferencia de temperatura entre una superficie slida y los fluidos enambos lados de la superficie, ms lenta ser la velocidad de la transferencia de calor que ocurre.

_____ El ajuste de la velocidad de flujo de una tubera afecta el grosor de la pelculalmite y aumenta o disminuye la velocidad de transferencia de calor.

3-Marque con una cruz (X) la respuesta correcta.

a) Cules son los factores que afectan la transferencia de calor? El tipo y la cantidad de sustancia La cantidad de sustancia y la diferencia de temperatura. El tipo y la cantidad de sustancia, junto con la diferencia de temperatura. La diferencia de temperatura y el tipo de sustancia.

b) Cundo es que deben usarse los intercambiadores de cabezal flotante?

Cuando los dos fluidos tienen semejante temperatura. Cuando los dos fluidos tienen diferente temperatura y su diferencia es menor de

50oC. Cuando los dos fluidos tienen diferente temperatura y su diferencia es mayor de

50oC.

4- Cul es el efecto del xido y las incrustaciones en las capacidades de transferenciade calor en la pared de una tubera?

5- Mencione tres intercambiadores estudiados en clase y tres caractersticas de cadauno.


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Captulo 4 Tratamiento de Agua para la Industria

El agua. Propiedades.

El agua es la combinacin de los elementos qumicos hidrgeno y oxgeno.

El agua pura es incolora, no tiene olor ni sabor.Difiere de cualquier otra sustancia en la naturaleza por las siguientes caractersticas:Cuando se calienta de 0-4 oC su volumen no se incrementa, sino al contrario disminuye,por lo cual se obtiene la mxima densidad.El agua cuando se congela se expande al contrario del resto de las sustancias, por locual su densidad disminuye.El punto de congelamiento disminuye con incrementos de la presin.EL calor especfico del agua es extremadamente alto comparado con otras sustancias.Es mejor solvente y agente disociador que otras sustancias.Es la de mayor tensin superficial de todos los lquidos excepto el mercurio.

Clasificacin de las aguas de acuerdo a sus contaminantes:carbonatadassulfatadassalobres (presencia de cloruros)

Clasificacin de las aguas de acuerdo a la fuente de abasto:superficialessubterrneas

En Cuba, las aguas son fundamentalmente bicarbonatadas, la cual las haceinapropiadas para su uso como agua de reposicin a calderas, as como para losdistintos procesos industriales. De ah la importancia del tratamiento qumico del aguapara la industria.Conocer la calidad del agua cruda es fundamental porque de eso depende eltratamiento adecuado que se emplear, segn el destino de esa agua.En cualquier industria el agua total que entra se distribuye a los distintos consumidores. Agua para uso social Agua para enfriamiento Agua para tratamiento qumico de agua (TQA) Otros usosEn las Plantas de Vapor, el agua que se utiliza para alimentar las calderas provenientesde grandes depsitos naturales o artificiales, tales como lagos, pozos, presas,acueductos, etc. Cualquiera que se sea su procedencia, esta agua no puedeencontrarse nunca absolutamente pura. El nmero y carcter de las impurezascontenidas en el agua es muy variable y depende de su origen y de los distintosprocesos por los que atraviesa hasta su utilizacin en la planta.La seguridad y el adecuado mantenimiento de los principales equipos de la plantaexigen que las referidas impurezas sean reducidas en el mayor grado posible. Lautilizacin de un agua sin el apropiado tratamiento previo en el ciclo de la planta puedeprovocar graves consecuencias, de las cuales las ms importantes son:


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Las incrustaciones en los tubos de las calderasLa corrosin de las superficies metlicas de las calderas, calentadores y tuberas.El arrastre de partculas slidas o lquidas.La cristalizacin en las costuras y juntas de domos y tubos de las calderas.

Estos daos son mayores en la misma medida que el rgimen de Presin a que trabajela caldera sea mayor.

El tratamiento del agua consiste en el conjunto de procesos mecnicos, fsicos yqumicos que permiten la reduccin de sus impurezas hasta el grado que requiera suutilizacin en el tipo y rgimen de trabajo de la planta.

Impurezas ms comunes en el agua.

El tipo de sustancias contenidas en el agua depende de la naturaleza de los terrenospor donde pasa hasta el lugar de depsito. Por esta razn, el tratamiento que se leaplica al agua vara con la localidad en que est situada la planta, siendo difcilencontrar dos plantas que utilicen idntico tratamiento.

En trminos generales podemos encontrar tres tipos de impurezas:

a.- Slidos en suspensin: estn constituidos por partculas no disueltas, que deacuerdo con su tamao y nmero, hacen el agua ms o menos turbia. Las mscomunes son: arcilla, fango fino, restos orgnicos, algas, bacterias, arena, piedras,palos, etc.

b.- Slidos disueltos: entre ellos tenemos principalmente las sales minerales, sobre todode sodio, calcio y magnesio, cuya presencia en el agua hace que se denomine a estaagua dura. Ocupan un lugar importante los carbonatos y bicarbonatos de calcio ymagnesio.Los sulfatos aparecen tambin en el agua con mucha frecuencia; entre estos, tenemosel sulfato de calcio, el cual, a diferencia de la gran mayora de las sales es menossoluble a alta temperatura, lo cual la hace ms peligroso, pues a la temperaturaexistente en las calderas se hace insoluble, produciendo dursimas incrustaciones.Otras sales contenidas en el agua son los cloruros de sodio, calcio, potasio y magnesio.La slice (SiO2) es otro elemento que a menudo trae disuelto el agua y que debetratarse de eliminar en el mayor grado posible, ya que es la causante de lacristalizacin.

c.- Gases disueltos: Los principales son el oxgeno (O2 ) y el dixido de carbono ( CO2 )adquiridos por el agua en su cada en forma de lluvia a travs de la atmsfera. El O2provoca la corrosin en las calderas y otros equipos y el segundo adems aumenta elpoder disolvente del agua, incrementando el nmero de sales en su contenido.


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Compuestos ms comunes en las agua naturales (Tabla Resumen).Inicas Disueltas No inicas GaseosasCationes Aniones InsolublesCa HCO3 Turbidez CO2Mg CO3 Color H2S

Na OH Materia orgnica NH3K SO4 SiO2 coloidal CH4NH4 O2 microorganismos O2Fe NO3 bacterias CL2Mn PO4

SiO4M.O.Color

Calidad del agua de alimentacin.Una vez visto los daos que causa a las calderas el agua sin tratar, se comprende quela calidad del agua de alimentacin est dada por la eliminacin o reduccin hastalmites no dainos del contenido de impurezas, es decir, de las sustancias slidas, ensuspensin o disueltas, y de los gases.

Al agua qumicamente tratada se le exigen y controlan las siguientes especificaciones:

Caractersticas UM Valor Normalizado1.- Dureza total como CaCO3 ppm O2.- Slidos disueltos ppm 3500, mximo3.- PH unidades 8,5 a 10,54.- Contenido de gases ( O 2 ) ppm 0,4, mximo5.- Cloruros ppm 30 a 60

Donde ppm significa miligramo de sustancia por litro de solucin.

Procesos de tratamiento del agua.

El tratamiento que se aplica al agua para alcanzar las especificaciones o calidad a laque se debe alimentar a las calderas es muy variable, pues depende del tipo deimpurezas que posea, as como las condiciones propias de cada planta. Por esoveremos solo los procesos que constituyen el tratamiento de las aguas para calderasindustriales de baja y mediana presin.

En general se consideran dos tipos de tratamientos:

1.- Tratamiento Externo.2.- Tratamiento Interno.

El primero se aplica al agua antes de entrar al ciclo de la planta, y el segundo se realizaen el interior de las calderas como complementario del anterior.


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El tratamiento externo consiste en el paso del agua a travs de un conjunto de equiposseriados, en cada uno de los cuales tienen lugar la eliminacin de las impurezascontenidas.

Para las calderas de baja presin la calidad de agua de reposicin requerida consisteen eliminar la presencia de los iones calcio y magnesio, para evitar incrustaciones en elsistema. La dureza debida a los iones calcio y magnesio se denomina dureza total.DT= DCa + DMgEsta dureza total se elimina con una etapa de intercambio inico por suavizamiento.

Para las calderas de media y alta presin, la eliminacin de la dureza total del agua enun tratamiento externo no es suficiente para garantizar la calidad requerida, por lo quese emplea intercambio inico para eliminacin total de iones, obtenindose aguadesmineralizada para la reposicin en caldera. El diseo de la caldera est en funcinde los requerimientos de vapor necesarios.

Los puntos de medicin claves para controlar el consumo de agua en una industria son:Lnea de entrada de agua crudaLnea de suministros a instalaciones de uso social, baos, duchas, cocinas, etc.Entrada de TQASalida de TQAEntrada de la reposicin al sistema de enfriamiento.Reposicin a bloques energticos.

Parmetros que inciden en la eficiencia de un sistema de tratamiento de agua por intercambio inico:

calidad del agua a tratar calidad del agua tratadacapacidad til de las resinasconsumos especficos de los regenerantes% de insumo de aguaCadas de presin en los equipos

Osmosis InversaLa osmosis inversa es en la actividad uno de los mtodos de tratamiento paradesalinizacin de agua que mas alta difusin ha alcanzado en los ltimos aos.Consiste en la utilizacin de una membrana semipermeable y altas presiones, paraeliminar los slidos disueltos de una solucin. En este proceso el solvente(generalmente agua) es forzado a fluir a travs de la membrana selectiva mediante laaplicacin de una presin mayor que la presin osmtica de la solucin, la membranarechaza las molculas de soluto con el concentrado en la cmara de alta presin,mientras el agua purificada es recogida en la cmara de alta presin mientras el aguapurificada es recogida en la cmara de baja presin, al otro lado de la membrana. En


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las aplicaciones tpicas de la osmosis inversa las molculas de soluto sonaproximadamente del mismo tamao que las molculas de solvente.Entre los procesos de membrana utilizados en el tratamiento de agua se encuentranadems de la smosis inversa:-electrodilisis

-ultra filtracinEstos procesos de desalinizacin mediante membrana presentan la ventaja conrespecto a los procesos tradicionales de evaporacin y congelacin, que conllevancambios de fase, el bajo consumo de energa.La carta tecnolgica del tratamiento de agua (TQA) estar en un lugar visible y debecontener todas las operaciones y los valores de todos los parmetros de cada etapa.

El objetivo del tratamiento qumico de agua es eliminar la dureza de sta ya que es el ndice que determina el contenido en el agua de los cationes formadores deincrustaciones (Ca 2+ y Mg 2+ ). Con el fin de obtener agua qumicamente tratada para laalimentacin de las calderas de vapor.

El agua qumicamente tratada es desareada y calentada e inyectada al generador devapor. En el desareador son removidos los gases corrosivos: oxigeno y acido carbnicolibre. En el desareador est previsto el control automtico del nivel de agua. El agua yacalentada antes de entrar a las calderas pasa por los economizadores donde se leincrementa la temperatura gracia al calor de los gases de combustin. Con esatemperatura pasa a los domos superiores de cada generador de vapor, donde seproduce su calentamiento por los gases de la combustin.

El vapor de agua saturado pasa por los sobrecalentadores de vapor donde es calentadogracias al calor de los gases de combustin. El vapor sobrecalentado obtenido entra enlas tuberas maestras de vapor y de esta forma se distribuye a los consumidoresexternos.

En los diagramas asociados a la generacin de vapor de cada caldera se puedeobservar lo siguiente:Inyecto de fosfato, fuel oil, fuel gasAire para la combustinConducto de gasesVapor de atomizacinExtraccin violenta (peridica)Extraccin continuaVapor para soplado de hollnInyecto de agua tratada y cruda


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1- Enlace la columna A con la B

A B

Los principales son el oxigeno ydixido de carbono adquiridos por lacaida desagua en forma de lluvia

Tratamiento de agua

Impureza del agua causante de lacristalizacin a altas temperaturas.

Slidos disueltos.

Conjunto de procesos qumicos,mecnicos y fsicos para reduccin oeliminacin de impurezas.

Gases disueltos

Partculas no disueltas que influyenen la turbidez del agua

Slice

Entre ellos estn las sales minerales

sobre todo de calcio y magnesio

Slidos en suspensin

Subterrneas

2- Marque Verdadero (V) o falso (F)

En estado slido el agua disminuye su volumen con respecto a su estadolquido.

El calor especfico del agua no es alto, por lo que se usa como agua deenfriamiento.

El agua es muy usada como solvente.

Las aguas se clasifican de acuerdo a sus contaminantes en carbonatadas,sulfatadas y salobres. El agua en las presas se considera agua subterrnea. La utilizacin del agua sin un tratamiento previo en las plantas afecta las

instalaciones como por ejemplo con corrosin e incrustaciones. Las incrustaciones se deben a la presencia de las sales insolubles de calcio y

magnesio.


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Ejercicio 3Crucigrama 1

2

1

A G U A

3

4

5

1. Entre ellos se encuentran como principales el oxgeno y el dixido de carbono,adquiridos por el agua en su cada en forma de lluvia a travs de la atmsfera.

2. Es una de las clasificaciones de las agua de acuerdo al contenido de carbonatose hidrogeno carbonatos como contaminantes.

3. Tratamiento de agua donde se intercambian los iones indeseables del agua, por otros que mejoren la calidad de la misma.

4. Uno de los iones que junto al in calcio, constituye la dureza total del agua.5. Tratamiento de agua por desalinizacin a travs de membranas


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Ejercicio 4 Crucigrama 2

1

A G U A

2

5

3

4

1. Una de las clasificaciones del agua segn la fuente de abasto, donde no seencuentra en contacto con la atmsfera.

2. Junto con el oxgeno, constituyen los principales gases disueltos en las aguas sintratamiento.

3. Uno de los iones que junto al in magnesio, constituye la dureza total del agua.4. Tipo de tratamiento antes de su uso.5. Agua a la que se le ha eliminado su dureza total.


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Ejercicio 5- Crucigrama 31 2

A G U A

3

4

5

1. Una de las clasificaciones del agua segn la fuente de abasto, donde seencuentra en contacto con la atmsfera.

2. Junto con el dixido de carbono, constituyen los principales gases disueltos enlas aguas sin tratamiento.

3. Tratamiento donde se eliminan los slidos en suspensin.4. Es una de las clasificaciones de las agua de acuerdo al contenido de cloruros

como contaminantes.5. Entre ellos tenemos principalmente las sales minerales. Donde se encuentran los

iones de calcio y magnesio fundamentalmente que hacen que el agua sedenomine agua dura.


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Ejercicio 6 Crucigrama 4

31

2

A G U A 5

4

1. Material donde ocurre el intercambio inico a nivel molecular.2. Constituidos por partculas no disueltas que hacen el agua ms o menos turbia.3. Es una de las clasificaciones de las agua de acuerdo al contenido de iones

sulfatos como contaminantes.4. Tratamiento que se lleva a cabo en el interior de la caldera.

5. Impureza que contiene el agua, que es responsable de la cristalizacin.


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7- Responda las siguientes preguntas:

Qu provocara si el agua cruda se incorporara directamente a la caldera sitratamiento alguno? Mencione dos problemas que ocasionara esto.Por qu los filtros mecni

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Termodinamica y Transfer en CIA de Calor