tanques agitados
-
Upload
jose-luis-luizaga-arnez -
Category
Documents
-
view
223 -
download
2
Transcript of tanques agitados
![Page 1: tanques agitados](https://reader034.fdocuments.co/reader034/viewer/2022050708/545f4d50b1af9f04598b4c7d/html5/thumbnails/1.jpg)
SEMINARIO 2:
CALENTAMIENTO DE LÍQUIDOS EN TANQUES
Regimen estacionario
Régimen no estacionario: calentamiento de una carga de fluido
Bibliografia: Flujo de fluidos y transmisión de calor. O. Levenspiel
![Page 2: tanques agitados](https://reader034.fdocuments.co/reader034/viewer/2022050708/545f4d50b1af9f04598b4c7d/html5/thumbnails/2.jpg)
OBJETIVO
El objetivo global aplicar balances de energía a la transmisión de calor en fluidos donde se da flujo de mezcla perfecta, y comprenda la transmisión de calor en estos sistemas. :
![Page 3: tanques agitados](https://reader034.fdocuments.co/reader034/viewer/2022050708/545f4d50b1af9f04598b4c7d/html5/thumbnails/3.jpg)
OBJETIVOS
1. Seleccionar la forma más adecuada de aportar/retirar calor de un
tanque agitado
2. Evaluar el flujo de calor que se retira/aporta de un tanque agitado
3. Determinar la evolución de la temperatura con el tiempo de una
carga de fluido que se calienta/enfría en un tanque agitado
![Page 4: tanques agitados](https://reader034.fdocuments.co/reader034/viewer/2022050708/545f4d50b1af9f04598b4c7d/html5/thumbnails/4.jpg)
Calentamiento de líquidos en tanques. Régimen est.
MODELOS DE FLUJO Y PERFILES DE T
Flujo de pistón en el serpentín
Flujo de mezcla completa en el tanque
Tg >TL
Tg,en Tg,sal
q
TL,en TL,salTg,en
T
TL,enTL,sal
Tg,sal
q
Serpentín sumergido en tanque de fluido
![Page 5: tanques agitados](https://reader034.fdocuments.co/reader034/viewer/2022050708/545f4d50b1af9f04598b4c7d/html5/thumbnails/5.jpg)
BALANCE DE ENERGÍA
Calor tomado por el
fluido del tanque
Calor cedido por el
fluido del serpentín
Calor transferido
desde el fluido del
serp. al del tanque
q=-Gg�Cpg�(Tg,sal–Tg,en)= GL�CpL�(TL,sal –TL,en)=U�A�∆TLn
)TT(
)TT(Ln
)TT()TT(T
sal,Lsal,g
sal,Len,g
sal,Lsal,gsal,Len,gLn
−
−
−−−=∆
![Page 6: tanques agitados](https://reader034.fdocuments.co/reader034/viewer/2022050708/545f4d50b1af9f04598b4c7d/html5/thumbnails/6.jpg)
( )[ ]LLgg
en,LLLen,gLLggsal,g Cp�GCp�G)�K1(
T�Cp�G)�K1(T�Cp�G�KCp�G�K1T
+−
−++−=
( )LLgg
en,LLLen,gggsal,L Cp�GCp�G)�K1(
T�Cp�GT�Cp�G�K1T
+−
+−=
Donde: K=exp[-(U�A/Gg�Cpg)]
Solución:
![Page 7: tanques agitados](https://reader034.fdocuments.co/reader034/viewer/2022050708/545f4d50b1af9f04598b4c7d/html5/thumbnails/7.jpg)
considerando pérdidas de calor hacia el ambiente
Tg,en Tg,sal
q
TL,enTL,sal
qP
q=-Gg�Cpg�(Tg,sal–Tg,en)-qP=GL�CpL�(TL,sal–TL,en)=U�A�∆TLn-qP
Calor perdido hacia el ambiente
![Page 8: tanques agitados](https://reader034.fdocuments.co/reader034/viewer/2022050708/545f4d50b1af9f04598b4c7d/html5/thumbnails/8.jpg)
Tanque encamisado
MODELOS DE FLUJO Y PERFILES DE T
Flujo de mezcla completa en el encamisado
Flujo de mezcla completa en el tanque
Tg,en Tg,sal
TL,en
TL,sal
Tg >TL
Tg,enTg,sal
TL,en TL,sal
Tg,en
T
TL,enTL,sal
Tg,sal
q
![Page 9: tanques agitados](https://reader034.fdocuments.co/reader034/viewer/2022050708/545f4d50b1af9f04598b4c7d/html5/thumbnails/9.jpg)
BALANCE DE ENERGÍA
q=-Gg�Cpg�(Tg,sal–Tg,en)=GL�CpL�(TL,sal–TL,en)=U�A�(Tg,sal-TL,sal)
Solución:
A�U1
Cp�G1
Cp�G1
T�Cp�G1
T�Cp�G1
A�U1
T
LLgg
en,Lgg
en,gLL
sal,g++
+
+
=
A�U1
Cp�G1
Cp�G1
T�Cp�G1
A�U1
T�Cp�G1
T
LLgg
en,Lgg
en,gLL
sal,L++
++
=
![Page 10: tanques agitados](https://reader034.fdocuments.co/reader034/viewer/2022050708/545f4d50b1af9f04598b4c7d/html5/thumbnails/10.jpg)
Calentamiento de una carga de líquido
1.- Tanque encamisado: fluido calefactor líquido
Calentamiento de liquídos en tanques. Régimen no est.
Tg,sal=f(t) TL=f(t) Para t=0 → TL= TLo
Gg, Tg,en, WL =ctes.
Tg>TL
Tg,enTg,sal
TL WL
Tg,enTg,sal
WL
![Page 11: tanques agitados](https://reader034.fdocuments.co/reader034/viewer/2022050708/545f4d50b1af9f04598b4c7d/html5/thumbnails/11.jpg)
Tg,en
T
TLo
Tg,sal
q
t=t
TL
Tg,en
T
TLo
Tg,sal
q
t=0
![Page 12: tanques agitados](https://reader034.fdocuments.co/reader034/viewer/2022050708/545f4d50b1af9f04598b4c7d/html5/thumbnails/12.jpg)
Balance de E:
)TT�(A�Udt
dT��CpW)T-�(T�Cp-Gq Lsal,g
LLLeng,salg,gg −===
Escribiendo Tg,sal en términos de t y TL:
A�UCp�G
T�A�UT�Cp�GT
gg
Len,gggsal,g +
+=
Y sustituyendo en el B.E., se obtiene una ecuación diferencial de 2 variables
Separando variables e integrando:
![Page 13: tanques agitados](https://reader034.fdocuments.co/reader034/viewer/2022050708/545f4d50b1af9f04598b4c7d/html5/thumbnails/13.jpg)
+
−=
−
−t�
)A�UCp�G�(Cp�W
A�U�Cp�Gexp
TT
TT
ggLL
gg
Loen,g
Len,g
0
1
0
Loen,g
Len,g
TT
TT
−
−)A�UCp�G�(Cp�W
A�U�Cp�G
ggLL
gg
+menor
t
![Page 14: tanques agitados](https://reader034.fdocuments.co/reader034/viewer/2022050708/545f4d50b1af9f04598b4c7d/html5/thumbnails/14.jpg)
2.- Tanque encamisado: fluido calefactor vapor saturado
Tg,enTg,sal
WL
Tg,en=Tg,sal =Tg (Si entra y sale saturado)
Tg
TLo
T
q
t=0Tg
TLo
T
q
t=t
TL
![Page 15: tanques agitados](https://reader034.fdocuments.co/reader034/viewer/2022050708/545f4d50b1af9f04598b4c7d/html5/thumbnails/15.jpg)
Balance de E:
)TT�(A�Udt
dT��CpW�Gq Lg
LLLgg −=== λ
Separando variables e integrando:
−=
−
−t�
Cp�W
A�Uexp
TT
TT
LLLog
Lg Variación exponencial de la T
con el t (= caso anterior)
La cantidad de líquido condensado (Wg) hasta un t dado viene dado por un balance de E
)TT(��CpW�W LoLLLgg −=λ
![Page 16: tanques agitados](https://reader034.fdocuments.co/reader034/viewer/2022050708/545f4d50b1af9f04598b4c7d/html5/thumbnails/16.jpg)
Tg,sal=f(t) TL=f(t) Para t=0 → TL= TLo
Gg, Tg,en, WL =ctes.
Tg,enTg,sal
q
TL WL
Tg,en
T
TLo
Tg,sal
q
t=0
Tg,en
T
TLo
Tg,sal
q
t=0
TL
3.-Tanque con serpentín
![Page 17: tanques agitados](https://reader034.fdocuments.co/reader034/viewer/2022050708/545f4d50b1af9f04598b4c7d/html5/thumbnails/17.jpg)
Balance de E:::
(Se supone que TL cambia pero poco durante el paso de un elemento de fluido caliente por el serpentín)
LnL
LLeng,salg,gg T�A�Udt
dT��CpW)T-�(T�Cp-Gq ∆===
Variables: t, TL, Tg,sal
)TT(
)TT(Ln
)TT()TT(T
Lsal,g
Len,g
Lsal,gLen,gLn
−
−
−−−=∆
Solución:
![Page 18: tanques agitados](https://reader034.fdocuments.co/reader034/viewer/2022050708/545f4d50b1af9f04598b4c7d/html5/thumbnails/18.jpg)
Solución:
−−=
−
−t�
Cp�W
)K1(Cp�Gexp
TT
TT
LL
gg
Loen,g
Len,g
−=
gg Cp�G
A�UexpK
La T del gas a la salida cuando el líquido está a TL es:
Donde
Tg,sal=TL + K(Tg,en-TL)
![Page 19: tanques agitados](https://reader034.fdocuments.co/reader034/viewer/2022050708/545f4d50b1af9f04598b4c7d/html5/thumbnails/19.jpg)
4.- Tanque con intercambiador de calor externo:fluidocalefactor vapor
TLWL
TL
T’L
Tg,sal=Tg
T’L
Tg,en=Tg
GL
GL
![Page 20: tanques agitados](https://reader034.fdocuments.co/reader034/viewer/2022050708/545f4d50b1af9f04598b4c7d/html5/thumbnails/20.jpg)
Balance de Energía al sistema:
LnL
LLLLLL T�A�Udt
dT��CpW)T'T�(Cp�Gq ∆==−=
Calor que entra en el recipiente con el líquido
recirculadoAcumulación de calor en el
recipiente
Velocidad de transferencia en el cambiador externo
)'TT(
)TT(Ln
)'TT()TT(T
Lg
Lg
LgLgLn
−
−
−−−=∆ TL T’L
Tg
Tg
−−=
−
−t�
W
)K1�(Gexp
TT
TT
L
L
Log
Lg
−=
LL Cp�G
A�UexpKdonde
Solución
![Page 21: tanques agitados](https://reader034.fdocuments.co/reader034/viewer/2022050708/545f4d50b1af9f04598b4c7d/html5/thumbnails/21.jpg)
4.- Tanque con intercambiador de calor externo:
fluido calefactor líquido
TLWL
TL
T’L
Tg,sal
T’L
Gg Tg,en
GL
GL
![Page 22: tanques agitados](https://reader034.fdocuments.co/reader034/viewer/2022050708/545f4d50b1af9f04598b4c7d/html5/thumbnails/22.jpg)
)'TT(
)TT(Ln
)'TT()TT(T
Len,g
Lsal,g
Len,gLsal,gLn
−
−
−−−=∆ TL
T’L
Tg,sal
Tg,en
F�T�A�U)TT�(Cp�Gdt
dT��CpW)T'T�(Cp�Gq Lnen,gsal,ggg
LLLLLLL ∆=−−==−=
Calor que entra en el recipiente con el líquido
recirculado Acumulación de calor en el recipiente
T.Q. en el cambiador externo
Calor cedido por el fluido g
Balance de Energía al sistema
![Page 23: tanques agitados](https://reader034.fdocuments.co/reader034/viewer/2022050708/545f4d50b1af9f04598b4c7d/html5/thumbnails/23.jpg)
Se despejan 2 de estas variables:
dt
dT
G
WT'T L
L
LLL += dt
dT
Cp�G
Cp�WTT L
gg
LLen,gsal,g −=
−−
−=−
−t�
Cp�G�KCp�G
Cp�G�G
W
K1exp
TT
TT
ggLL
gLg
LLoen,g
Len,g
Solución:
−−=
LLgg Cp�G
1
Cp�G
1F�A�UexpK
Donde:
![Page 24: tanques agitados](https://reader034.fdocuments.co/reader034/viewer/2022050708/545f4d50b1af9f04598b4c7d/html5/thumbnails/24.jpg)
OBJETIVOS
1. Seleccionar la forma más adecuada de aportar/retirar calor de un
tanque agitado
2. Evaluar el flujo de calor que se retira/aporta de un tanque agitado
6. Determinar la evolución de la temperatura con el tiempo de una
carga de fluido que se calienta/enfría en un tanque agitado