diseño de un condensador mixto

Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas

Diseño de un Condensador Mixto.

T E S I S

Q u e para obtener el título de:

INGENIERO QUIMICO INDUSTRIAL

p r e s e n t a :

ANTONIO VELAZQUEZ RAMIREZ

M E X I C O , D . F . 1 9 6 2

Con todo cariño a mis papacitos y mis hermanos

ITIi agradecimientoSr Ing. ITlario H. moreno G.

Al Sr IngJesús Hulla Galinzoaga

—2—

CAPITULO

CAPITULO

CAPITULO

CAPITULO

CAPITULO

CAPITULO

I.- Introducción.

II.- Cálculo del equipo.

a) Consideraciones.

b) Coeficientes teóricos obtenidos.

c) Cálculo y distribución del agua.

III./ Diseño del equipo.

a) Consideraciones.

b) Descripción y manejo.

c) Rendimiento comparativo.

IV.- Balance térmico.

a) Coeficientes prácticos obtenidos.

b) Grado de saturación del aire.

V.- Balance económico.

a) Costo del condensador.

B) Valor comparativo.

VI.- Observaciones y Conclusiones.

-3 -

C A P T I Ü L O I

INTRODUCCION

-4 -

Habiéndose presentado la necesidad de ampliar

una planta de formaldehido por razones de extensión

en el mercado de dicho producto, así como de su

aplicación como materia prima en la elaboración d d

otro producto, dicha planta localizada actualmente

en San Cristóbal Ecatepec, Edo. de México no solo

sufrió modificaciones su equipo en lo que se refie

re a tamaño, sino que se hicieron algunas modifica

ciones en su forma.

El presente trabajo trata sobre las modifica

ciones que se hicieron en los condensadores, su

pliendo los que se usaban conocidos con el nombre

de acuotubulares en donde se emplea como medio de

condensación el agua, por otros en donde el medio

de condensación es una mezcla de agua y aire por

lo que se les denominó "Condensadores mixtos".

A continuación hacemos una breve descripción

del proceso seguido en la elaboración del formald£

hido para poder darnos una idea del trabajo desa

rrollado por estos "Condensadores mixtos.

Son dos los métodos conocidos y aplicados en

dicho proceso, ccntándo en ambos como materia pri-

- 5 -

ma el aire y el alcohol metílico.

a) Uno de tales métodos es trabajando con un

exceso de aire.

b) El otro método es utilizando un exceso de

metanol, o sea alcohol metílico.

El método utilizado por nosotros es el del in

ciso (b), o sea con exceso de metanol, y el proce

so que se sigue en la planta es el que se presenta

a continuación de acuerdo con el siguiente diagra

ma de flujos que muestra ademáa la colocación de

todo el equipo que comprende desde el tanque de al

macenemiento de la materia prima hasta el tanque

de almacenamiento del producto ya elaborado.

Ver diagrama.

MEHANO

e v a p o r a d o rReactor

CondensadorMixto

a i r e ----M ETANOLA G U A -F O R M O LGA SES

’T7??/ V'/Y/ V7F777

Después de haber observado el Diagrama de Flu

jos nos damos cuenta que el metanol es impulsado

por medio de una bomba centrífuga a un tanque de

almacenamiento colocado en la parte alta de la to

rre fraccionadora. De ahí cae por gravedad a un eva

porador en donde se mezcla con el aire, previo paso

de este último por una torre lavadora empacada don

de se le quitan todas la impurezas que pueda lle

var dicho aire.

La mezcla metanol-aire realizada en el evapora

dor pasa a los reactores donde se efectúa la reacción

catalítica siguiente:

CH OH + yí 0 p Catalizador^ CH^ = 0 + 0

Los gases producto de la reacción en el reac

tor pasan por medio de un múltiple a una torre frac

d o n a d o r a donde se realiza la separación del produc

to como residuo, o sea formaldehido de 37% peso.

Como destilado se tienen los vapores de metanol los

cuales por condensación en 1 os "Condensadores mix

tos" se recuperan siendo la importancia en dicho pro

ceso 1 a recuperación de tales vapores que es la ma

teria prima utilizada.

- 8 -

Habiendo hecho una breve descripción del proce

so, a continuación indicamos también las caracte

rísticas del equipo empleado;

Tanque de Almacenamiento de Ketanol.-

Iv'aterial de acero al carbón.

Ventilador para el aire.-

Oapacidad: 1000 m^/h

Tipo roots.

Acoplamiento indirecto por medio de

bandas, y tubería de admisión y desear

ga de 15 cms. de diámetro.

Torre para el aire.-

í/aterial de Acero Inox. 304- No. 20.

Empacada con carbón coque.

Evaporador.-

Acero Inox. 304 y Cobre.

Torre Fraccionadora. -

Cuerpo: Acero 304 No. 12.

Tipo de platos r ^achucha o Campana

Acero 304 'o. 20.

CA3ACTERI3TICAS DEL EQUIPO

- 9 -

Condensadores Mixtos.-

Acero 304- del No. 20 y No. 24.

Torre Final.-

Acero 304- del No. 20.

Empacada con carbón coque.

Equipo de Bombeo.-

Tipo centrífugo

Material de bronce y acero. «•'£’*.

Tuberías.-

De aluminio y acero 304.

Breve Historia.-

Anteriormente se contaba con una plan

ta productora de formol de 5 toneladas diarias.

Por las razones expuestas al principio del capitulo

se aumentó su capacidad a 20 tons. diarias en vina

planta completamente nueva.

Nueva en todo lo que se refiere al e-

quipo utilizado porque el proceso siguió siendo el

mismo.

El equipo de condensación empleado era

de condensadores acuotubulares siendo los tubos de

- 10 -

aluminio asi como también los espejos y el cuerpo

del condensador; como medio de enfriamiento para la

condensación, el agua.

El problema que se presentó fué la co

rrosión de los tubos lo cual con el tiempo origina

ba la fuga de vapores o condensado de metanol. Cía

ro que se podía substituir por otro equipo nuevo

pero a la larga se presentaba el mismo problema.

Esta fué una de las principales razo

nes que se tuvieron, además de la escases del agua,

para pensar en un equipo capaz de resistir esa co

rrosión al igual que resultara económico.

Condensador Mixto.-

Ya con las razones expuestas anterior

mente se comenzó a diseñar ese condensador deseado.

Sus características con todo detalle se muestran

en el capítulo correspondiente.

Sólo mencionaremos en seguida la razón

del porqué escoger las condiciones de operación a

que iba a estar sometido como se indican con valo

ras numéricos en el. diagrama presentado a continua

c ión:

A G U A

A i r e

l

1 il

i

G A S

6 4 - 7 0 °C

A ire

' H = 5 0 %

3 9 -4 3 °C’Ag ua

'Conde n sa d o2C°C FLUJOS EN EL CO NDENSADO R

- 12 -

A1 observar en el diagrama las condicio

nes de operación de trabajo trataremos de dar una

explicación del porqué de esos valores:

Agua de 26°C : Por ser la temperatura

qae se tiene en el agua al extraerla del pozo.

Entrada de gases de 64— 70°C : Es la tem

peratura que se les da en la torre de destilación

sabiendo que el plinto de ebullición del metanol es

de 64-°C a condiciones normales, y en consecuencia

esta será la temperatura a que los reciben los con

densadores mixtos.

Salida de gases a 20°C : tal y como

deben ser recibidos en la torre final como temp.

máxima para realizar su condensación directa en a-

gua destilada no mayor de 20°C.

Agua de recirculación en la pila a

39_43°C : Es la temperatura máxima alcanzada por el

agua de acuerdo con el sistema de enfriamiento por

medio de hélice de que disponemos y que se indica

en el capítulo correspondiente.

C o n d i c i o n e s d e O p e r a c i ó n I n d i c a d a s . -

Considerando además que el grado de humedad

del aire en la región que nos encontramos es de 50% de humedad relativa, j para realizar un trabajo perfecto-

en una torre de enfriamiento lo normal es tratar de lo

grar la saturación completa para lo cual nosocros esco

gemos un 90%, aunque no es el ideal de 100% de humedad relativa a la salida de la torre, pero si tratando de

ser un poco conservadores.

Descripción del Condensador mixto.

Haremos una breve descripción de lo que es-

un condensador mixto para poder interpretar los cálcu

los indicados en el Capitulo II :

Se forma por medio de 2 láminas acanaladas-

de lo cual resultan 13 tubos de diámetro equivalente -

de 51 mau de diámetro, y 91-5 cn. de largo.

Al armar la torre condensadora se hace con-

14- unidades ó condensadores mixtos; y la razón de ser-

14 es basándonos en la superficie que alcanza a cu-----

brir la hélice con 123 cm. de diámetro que es lo que -

tiene.

~ ¿3 -

-17-

C A P I T U L O II

CALCULO DEL EQUIPO

- 1 8 -

a) Consideraciones.- Estas fueron tomadas de

acuerdo con las condiciones de operación a que i-

ba a estar sometido el equipo; indicadas al final

del primer capítulo.

El volumen de gases es el correspondiente para

una producción de 20 toneladas por día considerando que esos gases son recibidos por los condensadores

mixtos a temperatura de 60-?0°C tomando en cuenta

que el punto de ebullición del metanol es de 64-.5°C

a 760 mm. de Hg.

La temperatura de salada no mayor de 20°C para

ser condensados dichos gases directamente con agua

destilada en contracorriente en la torre final, re

gresando al proceso.

-19-

B ALAN CE ESTEvJJIO»TETRICO .

c h 3 o e + % O p CHpO + H20

32 16 30 18

2 0 , 0 0 0

X = 20,000 x-4S~ = 21,400 kg

- 1,125 1/hr. Metanol24

Esto es al 100%

Pero como consideramos un 70% de conversión en

los reactores, entonces la cantidad real de metanol

para seguir produciendo las 20 toneladas de formol

por día será:

El cálculo del área necesaria de condensación

será tomando en cuenta los valores anotados a conti

nuación:

w = ? = Flujo Total de Metanol

Considerando una relación de reflujo en este ca

so que es ccno se acostumbra de

* 1600 1/h. Metanol

AREA. NECESARIA

-2 0 -

R « 1 : 2

w- = 1600 x 2 = 3200 1/hr.

Y sumando el metanol que no reacciona

Wp = 475 1/hr.

Por tanto: w =

= 3200 + 475 w * 3675 1/h. de metanol que de

ben ser recuperados, con

p. e. = 0 .8 3675 x 0 . 8 = 2940 kg/hr.

Y una T = 20°C

(Valor escogido de acuerdo con los recomendados

para el tipo de condensación que nos ocupa).

9 2U = \ Kcal./h vT °C

Haciendo operaciones:

Capacidad calorífica del metanol

300 Kcal./kg

q = 300 x 2940 = 882,000 Kcal./h.

— — f¿0Q°- = 44,100 Kcal./h. °C

44,100 O 2 , 2------- c m de Área necesaria

^ de condensación.

- 21 -

b ) Coeficientes teóricos obtenidos.

Al hacer el cálculo teórico de los coeficientes

individuales de transmisión de calor, j en consecuen

cia del coeficiente total de transmisión de calor,

hemos considerado lo siguiente:

Tres paredes con coeficiente individual propio

y estos serán:

a) Pared del condensador.

b) Película correspondiente al agua de enfria

miento.

c) Película de condensado formado por condensa

ción de los vapores de metanol.

Antes de entrar en el cálculo de estos coefi

cientes debemos aclarar en qué forma va a influir

el paso del aire a través de la superficie conden-

sante.

En primer lugar el aire al empezar a realizar

su trabajo no debe estar saturado, sino que debe te

ner cierto márgen de saturación. Si su saturación

es de 50% como lo indicamos al principio entonces

tendremos hasta el 100% para poder trabajar.

La saturación completa la logramos de acuerdo

con el calor absorbido por el aire 7 también de la

-22-

cantidad de aire que estemos pasando: esto último lo

controlamos con la uélice colocada para tal objeto

y la manera de i ac^rlo se indica en “3 capítulo Til.

El tener determinada saturación a lo que va

afectar es a la temperatura del agua de enfriamiento

que puede llegar a su máximo como ya indicábamos de

39—40°C, y de lograrse temperaturas mucho menores se

ría lo ideal ya que en esta forma se afecta directa

mente a la temperatura que se tenfa en la pared con

densante dando por resultado el m°jor rendimiento

en el condensador.

a) Pared del Condensador.

h.1 espesor corresponde para lámina de acero

304 del Tío. 24, o sea:

e^ « 0 .6 9 mm. = 0.00069 m.

1

h1

Siendo

D ■Diámetro mediom

D Diámetro exteriore

- 23 "

En este tipo de Condensador hemos tomado un

diámetro equivalente de tubo de 51 mm. de diámetro

de pared tan delgada que consideramos que casi:

de donde resulta que:

K- * Coeficiente individual de transmisión

de calor del acero Inoxidable 304-, siendo:

K x = 14 Kcal./hr. m2 °C/M.

Por tanto:

= 14 = 14,0001 0 . 0 0 0 é > 9 0 . 6 9

h 1 = 20,300 Kcal./h. m2 °C.

b) Película de Agua.

El tipo ed condensador a que se asemeja un con-

c’pnsador rrixto as a un banco de tubos con derrane --

del fluido de enfriamiento de un tubo a otro, en es

te caso el as;urt.

Y p a r a ^ s t e c a s o l a e c u a c i ó n r e c o m e n d a d a p i r a -

e l c á l c u l o d e l c o e f i c i e n t e d e p e l í c u l a i n d i v i d u a l l i

e s :

h 2 - 65 ( G ) °*33

G = w7 21.

- 2 4 ~

Siendo:

L= Longitud del Banco de tubos, m.

w* Agua de enfriamiento, Kg/h.

D*> Diámetro exterior, en mt.

oh-2** Coeficiente de película, Kcal/h. m °C.

De acuerdo con el anterior balance estequio

métrico sabemos que:

Q * Calor de condensación de los vapores de -

metanol.

Q = 88?,000 Kcal/h.Calor absorbido por el agua.

Por tanto:

Q,

^1» w Cp ( t^ - tg )

Siendo:

Cp - 0.99 Kcal/ Kg. °C

w « ? Kg. agua/h.

tx= 43 °C

t2- 39 °C

Igualando ecuaciones:

882,000- w x 0 . 9 9 (43-39)

882,000 882,000 w“ ■ O . W x 4 “ ---------------

w= 223>000 Kg/h. de agua.

- 25 -

Substituyendo:

Considerando que son 13 tubos por cada condensador

por ser l.-s canales, de 9 1 . 5 cm. de largo, y 14 conden

sadores p^ra cada torre; entonces:

5 - - f t ■ Ü o t i l i ' 1 2 2 -0 0 0 K« /tm

Por tanto:

1 2 2 , 0 0 0" “ 13x14

Si D = 0.050 m.

670

9. = — — ** 13 400D 0.050

p 0.33 f)(§) * ( 1 3 1400 ) ■= 23.2

De donde resulta que substituyendo en la ecuación

h2 = 65 x 23.2 = 1 ,5 0 0h2 = 1,500 Kcal/h m2 °C

C) Película de Condensado

De acuerdo con la ecuación

h = o 73 _______) *d N Tm. ;

El calor latente de condensación r se calcula a la

temperatura del vapor, y las otras propiedades fisicas-

se calculan a la temperatura de la película del conden

sado .

- 2 6 -

Temperatura del Vapor = 70° C

Temperatura de Película = — ------- - 44.5

Nomenclatura:

r = Calor latente de condensación

= 300 Kcal/ Kg.

g = Aceleración debida a la gravedad

= 1.26 x 108 m/h2

^ = Densidad

= 760 Kg/m3

D = Diámetro del tubo

= 0.051 ni.

K * Coeficiente individual de transmisión de calor

= 0 . 1 6 Kcal/h m 2 °C/m

= Viscosidad

= 0 . 5 Centipoise

= 0.5 x 3-6 * 1.80 Kg/m h

N = N 2 de tubos

= 13 x 14 = 182 Tm = Temperatura media logarítmica

, ( 70 - 39 ) - ( 70 -.43 ■)____

2.3 log ffólffi"-

31 - 27__________________ 4 4c 2 .3 log 1.15 “ 2 .3 X o.oé 0 .1 3 8

Tm = 29 °C.

“ 27 "

Substituyendo valores en la ecuación:

„ n -» 0.16 , 0.05I3 X 7602x I.26x I08x 300 O3 " U */J 0.051 0.16x1.8 x I84x 29 ;

8= 0.73 x 3-13 ( x ¿° iJ3 5 ,R6 X 10------) %

= 0.73 x 3-13 x 200

h-¡ = 457 Ecal./h m2 °Ci>En resumen :

h x = 20,000 Kcal. / h m 2 90

n ti >1 ii ti

h 3= 457 " " "" ""

Sabiendo que:

U = Coef. Global de transmisión de calor.

U , i , ,---------------------

h l h 2 h 3

*----- - 0.000049n l 20,300

h2

h ^ ~ = — Z 5 7

T 7 5 Ü Ü ' °* 0 0 0 6 6 5

— = 8.0021801

0.002894

S * O.Ó02894 * 344

U = 344 Ecal, / h m 2 °C

- 28 -

Habiéndose obtenido este coeficiente global y

terminando de resolvér la ecuación para el área ne

cesaria de condensación indicada al final del balan

ce estequiométrico, nos d&:

44,100 44,100A „ ±---------- = ----344----

2A = 128.3 m de superficie necesa

ria.

- 29 -

c) Distribución del Agua y Cálculo.

Cálculo del Agua Necesaria.-

Su determinación se hace considerando una torre

condensadora ya instalad*.

No. de Condensadores/^orre = 14

So. de Aguáeros/Coniensa<lor , ^

Diámetro = 6 mm.

El cálculo es con base en un múltiple el cual

se considera como un derramadero colocado encima de

cada condensador (canal) éste a su vez alimentado por

otro derramadero (Múltiple) con 28 caídas, 2 para ca

da condensador.

De acuerdo con tabla 76 :

h = 10 mm.= 38 Lts/hr. Agujero.

Diámetro = 6 m .

Por tanto:

38 x 34 = 1295 lts./hr. Condensadores

Resultado:

31

1 2 9 5 x 1 4 « 1 8 , 1 4 0 L t s / h r .

= 1 8 , 1 4 0 / h r . T o r r o .

S e g á n T a b l a 67 *

P r e s i ó n de 2 Mt.s 2 1 . 8 ur/hr.

D i á m e t r o ( a l i m e n t a c i ó n ) * 6 0 mm.

que s a t i s f a c e los 1 8 . 1 4 0 n e c e s a r i o s .

P a r a e s t a c a n t i d a d d e agua de 21 . 8 n r V h r . se c o

l o c a u n m ú l t i p l e de 1 4 d escargas, u n a p a r a c a d a condena

sador, de donde:

N o . de A g ujeros = 1 4

D i á m e t r o * ?

T o m a n d o en c u e n t a l a T a b l a 76 ¡

2 1 , 8 Q Q m 1 5 6 0 L t s . /hr, A g u j e r o .1 4

C o n a i d e r a n d o u m 8 5 # E f e c t i v o

1 5 6 0 x 0 . 8 5 * 1 3 2 6 L t s * / h r . A g u j e r o

P a r a e s t a c a n t i d a d n o a l c a n z a n los v a l o r e s t a b u l a

dos e n la t a b l a 7 6, s i e n d o n e c e s a r i o el c o n s i d e r a r otras

c o n d i c i o n e s .

T o m a n d o en c u e n t a 2 descargas para c a d a c o n d e n s a

dor: lío. de Ag u j e r o s ■ 1 4 x 2 * 28

2 1 ^ 0 0 » 780 lts./hr. AgujBro.

780 x O .8 5 * 663 Lt s . / h r . A g ujero.

E n la t a b l a 7 6 .

p a r a í h * 50 mm.* 242 L t s . / h r . A g u j e r o .

D i á m e t r o (derrames) = 1 0 mm.

32

Se tiene o t r o v a l o r £ ás aceptable de 497 L t s . / h r .

A g u j e r o que c o r r e s p o n d e para

h « 2 0 0 nua.

Diámetro ■ 10 m .

Por ser u n a a l t u r a m u y g r a n d e n o l o tomamos en

c u e n t * al n o p e r m i t i r l o el d i s e ñ o del cond e n s a d o r , y e n

consecuencia se t o m a c o m o v a l o r a c e p t a b l e el a n t e r i o r

e n c o n t r a d o .

CANT

IDAD

DE AGU

A EN

mVh

r. a

travé

s de

tubos

de

30-2

25

aun.

de diá

metr

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®- 40

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C A P I T U L O III

D I S E x N O D E L E Q U I P O .

40

a) C o n s i d e r a c i o n e s

U n a de las pri m e r a s tomadas en c u e n t a fuá el t e

ne r u n m a t e r i a l c a p a z de r e s i s t i r el ti p o de l i m p i e z a

a que i b a a estar s o m e t i d o el e q u i p o al h a c e r manter*j»

m i e n t o del m i smoj p a r a lo cual se e s c o g i ó el A c e r o

I n o x i d a b l e 304- c a p a z d e r e s i s t i r el t r a t a m i e n t o h a s t a

c o n Aci d o s i n p e r j u d i c a r l o .

E l t i p o de d i s e ñ o f u á por m e d i o de láminas acarea

ladas las cuales al e m p a r e j a r s e se f o r m a u n a s e c c i ó n

t u b u l a r la que p e r m i t e el flu j o de gases t o d o e s t o r g

p r e s e n t a grandes v e n t a j a s c o m o se d e m u e s t r a e n e l b a

l a n c e e c o n ó m i c o d e l c a p í t u l o c o r r e s p o n d i e n t e .

T r a t a n d o de n o d e s p e r d i c i a r m a t e r i a l el d i s e ñ o

se a d a p t ó a m e didas de l á m i n a s S t a n d a r d c o m o se demúe¿

t r a más adelante. !v.

b ) D e s c r i p c i ó n y m a n e j o . -

B n sí el C o n d e n s a d o r se f o r m a por m e d i o de 2 l á

min a s acanal a d a s las c u a l e s al e m p a r e j a r s e f o r m a n 1 ¿

se c e i ó n t u bular c o r r e s p o n d i e n t e a u n t u b o de 50 ¡am, de d i á m e t r o .

S i t a m a ñ o de l á m i n a s e l e c c i o n a d o es el de 9 1 . 5 ^ 2 4 4

cm. c o r r e s p o n d i e n d o el anc h o de la l á m i n a al ancno d e l

C o n d e n s a d o r y a armado.

41

La l á m i n a l i s a se me t e a un o s r o d i l l o s de 33 mía.

da d i á m e t r o e a el c u a l se forman los c a nales, r e s u l t a n

d o en t o t a l 13 can a l e s , r e d u c i d o s por lo t a n t o la l á

m i n a de 122 cena, a 96 cm. que es el a l t o del C o n d e n s a

d o r .

Y a u n i d a s las lá m i n a s , los c a b e z a l e s se u n e n en

f o r m a de m ú l t i p l e el c u a l p e r m i t e hac e r u n a d i s t r i b u

c i ó n c o m p l e t a de I 03 gases por c o n d e n s a r .

La forma del Cabezal es rectangular con mamparas

in t e r m e d i a s , fig. I.

43 -

L a parte s u p e r i o r del C o n d e n s a d o r t i e n e u n a c a

n a l l a c u a l r e c i b e el agu a l al m i s m o t i e m p o que l a dijL

t r i b u y e p a r a b a ñ a r t o d a l a s u p e r f i c i e l aminar. L a r e

pa r t i c i ó n d e l a g u a se r e a l i z a por m e d i o de unos a g u j a

r o s de 6 mm. de diám e t r o , s i endo el t o t a l de 3 4 a g u j a

ros, 1 7 por c a d a lado*

E n s £ e s t o c o n s t i t u y e u n a u n i d a d c o n d e n s a d o r a . U n

g r u p o de estas u n i d a d e s f o r m a n l o que lla m a m o s T e r r e

C o n d e n s a d o r a de las s i g u i e n t e s c a r a c t e r í s t i c a s i

No. de U n i d a d e s : 1 4

S u p e r f i c i e por U n i d a d * O . 9 1 5 X 2 . 4 4 2 2*33 m*

S u p e r f i c i e T o t a l s 2* 2 3 X 1 4 * 3 1 . 3 0 m?

L » d i s p o s i c i ó n de e s t e g r u p o se h a c e de la siguleja

te m a nera*

C o l o c a d o u n C o n d e n s a d o r e n f r e n t e de o t r o se h a c e

de tal m a n e r a de m o d o que u n a parte r e a l z a d a (esp i n a z o

de l a c a nal) que d e e n f r e n t e de o t r a n o r e a l z a d a , o s e a

que los c o n d e n s a d o r e s q u e d a n d e s p l a z a d o s , fig, 2.

AGUA

A c a n a l a d o

d e sc a rg a de condensado

D e s pl a z a m le n to de los C o n d e n s a d o r e s

- 45 -

De es t a m a n e r a s^ f o r m a u n c a m i n o s i n u o s o al a i r e

de mo d o que al pasar se le o b l i g u e a tener un c o n t a c t o

más d i r e c t o c o n l a lámina, y al m i s m o t i e m p o c o n el

agua que cae e n c o n t r a c o r r i e n t e .

E l g r u p o de 1 4 C o n d e n s a d o r e s ya dispuestos e n e s a

forma, s ó l o queda por hac e r u n m a r c o el cu a l les sirve

de s o p o r t e y al m i s m o t i e m p o p a r a c o l o c a r l a h é l i c e

que es l a que s e v a a impulsar el aire a través de l a

tor r e de abajo h a c i a arriba.

El d i s e ñ o del m a r c o es c o m o sigues

Largo = 120 cm.

Que c o r r e s p o n d e a 1 4 C o n d e n s a d o r e s c o n s e p a r a c i ó n

entre ello3 de 2. 54 Cm.

Se dió esta separación tomando en cuenta la base

siguiente i

E n u n p r i n c i p i o se c o n s i d e r a r o n los C o n d e n s a d o r e s

unidos unos c o n t r a otros e n sus c a b e z a l e s , pero se v i ó

que l a S e c c i ó n para el p a s o del aire n o era s u f i c i e n

te lo cual o r i g i n a b a u n aumento en la presión, y p o c a

c i r c u l a c i ó n de aire.

Varias s e p a r aciones f u eron probadas l l e g a n d o a

e s t a final de 25 mm. que dió r e s u l t a d o s al permitir

u n paso may o r de aire, el sufic i e n t e y necesario.

- 4 6 ~

C h e c a d o el l a r g o d e 1 2 0 Cm. dado:

A n c h o del C a b e z a l de c a d a C o n d e n s a d o r * 6*3 C m .

N o . d e C o n d e n s a d o r e s = 1 4

14- X 6.3 « 88 . 2 C a .

No. de Separaciones * 13

13 X 2 .5 = 3 2 .5

Total: 88.2 ú & s 3 2 .5 * 120.7 Cm.

A n c h o * 96 C m »

D i s t a n c i a e s c o g i d a de a c u e r d o c o n el a n c h o d e l

C o n d e n s a d o r .

Altura * 229 Cm.

E s t e v a l o r e s t á d a d o por tres d i s t a n c i a s ;

h * 6 4 Cm.

h * E s p a c i o pa r a l a c a

n o a de agua, m á s el

e s p a c i o l i b r e p a r a

el paso del a i re.

h2= 110 Cm.

h2= Distancia dada pc*r

la altura del Co n

deos ador.

h ^ = 5 5 c m .

h ^ = Val o r c o r r e s p o n d i e a

te al e s p a c i o o c u p a

do por el t u b o d i s

tr i b u i d o r de agua,

- 4 7 -

por las m a d e r a s e v i t a n

que el aire a r r a s t r e

el a g u a y, por l a h á l i

ce que i m p u l s a el a i r e

a travás de l a t o r r w .

L a t o r r e c o n d e n s a d o r a es t á a r m a d a de a ngulares de

6 X 50 Him• 7 y el m a r c o que s o p o r t a el M o t o r y la h é l i

ce es de can a l da 6 X 102 mm.

Los a ngulares s i r v e n de m a r c o p a r a las tapas de

a s b e s t o de 5 to®* de e s p e s o r las c u a l e s se s o p o r t a n por

m e d i o de tornillos g a l v a n i z a d o s da £ X 25*4- mm.

Ver Diseño, flg. 3.

. 49 .

H K L I C E

Se le pue d e c o n s i d e r a r f o rmada por dos p a rtes f u á

d a a e n t a l e s 2l a . - C e n t r o . - L l a m a d a t a m b i é n " M a s a " es la par t e

c e n t r a l de l a H é l i c e q u e s i r v e de s o p o r t e a las a s pas.

S i m a t e r i a l de que e s t á h e c h o es de a l u m i n i o v a

c i a d o coaa d i á m e t r o de 230 mm.

2a. A s p a s . - S o n seis las que h a c e n el i m p u l s o p¿

r a jalar el aire.

E n u n p r i n c i p i o se e m p e z ó a t r a b a j a r c o n asp a s de

a l u m i n i o v a c i a d o s i e n d o s u for m a T r a p e z o i d a l y l a paj:

te u n i d a a l a m a s a de 80 mm. c o n t r a 70 mm. de l a parte

l i b r e del a s p a .

S e h i z o u n a m o d i f i c a c i ó n en el d i s e ñ o t a n t o e n la

fo r m a como ei el t i p o de m a t e r i a l usad o . E l A s p a se

v a r i ó a u n a f o r m a r e c t a n g u l a r de 9 0 m m . de a n c h o 500 m m . de l a r g o y g r u e s o c o r r e s p o n d i e n t e a l á m i n a de a c s

r o i n o x i d a b l e 304, N o . 12 (espesor = 2 . 9 mm . )

E s t a v a r i a c i ó n se h i z o c o n s i d e r a n d o u n a m e j o r f a

t a n t o d e sde el pun t o de s e g u r i d a d c o m o de f u n c i o n a m i e a

to. Tales v e n t a j a s se d e m u e s t r a n en l a o p e r a c i ó n de la

h ó l i c e ya t r a b a j a n d o *

-51-

F D N C I O N A M I E N T O D E L A

H E L I C E .

£»1 m o v i m i e n t o de u n a h é l i c e se puede r e a l i z a r © n

u n a f o r m a d i r e c t a c o n el moto r , o e n f o r m a i n d i r e c t a

por acopl a m i e n t o .

P a r a n u e s t r o c a s o es u n a f o rma d i r e c t a de l a f l e

c h a del m o t o r de 2 5 . 4 mm, de d i á m e t r o , al c e n t r o de l a

m a s a de l a h á l i e e por m e d i o de u n M a m e l ó n de acero.

E l m o t o r a d a p t a d o es de 1 4 2 0 r . p . m., n o s i e n d c

de más c o m o s e g u r i d a d pa r a evit a r el que se d e s p r e n d a

u n aspa.

Las aspas se fijan de tal m a n e r a al c e n t r o q u e se

puede v a r i a r l a i n c l i n a c i ó n de las m i s m a s , l o g r á n d o s e

c o n esto v a rias v e l o c i d a d e s pa r a el aire, y al m i s m o

t i e m p o u n a c a r g a d e t e r m i n a d a p a r a el motor que es e l

que nos e s t á ; l i m i t a n d o en l a i n c l i n a c i ó n que dem o s a

las aspas.

Las c a r a c t e r í s t i c a s del m o t o r e m p l e a d o s o n las

s i g u i e n t e s s

r.p.m. — — 1 4 2 0 (4 Polos)

C o r r i e n t e — 1 1 . 7 Amperios.

P o t e n c i a — 4 .5 H.P.

l e n s i ó n ----- 2 2 0 Voltios

F r e c u e n c i a — 50 Cicl o s

* 52

Al e m p e z a r a probar c o n las aspas de a luminio, se

d i e r o n v a r i a s i n c l i n a c i o n e s a las m i s m a s , o b t e n i é n d o s e

v a r i o s r e s u l t a d o s c o m o se ve en el s i g u i e n t e cu a d r o ,

fc¡n el m i s m o se h a c e n o t a r que p a r a i n c l i n a c i ó n de 25 aun. se t i e n e la c a r g a m á x i m a s o p o r t a d a por e l motor. Ver

el s i g u i e n t e c u adros

-53-

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T r a b a j a n d o cc:, la iiáxico de aspas da a c ero i n o x i

dab l e se h i z o notar que para u n a i n c l i n a c i ó n d e las

mismas de 8 mm., ya se t e n í a la c a r g a lími t e p a r a el

motor, o s e a de 1 1 . 5 Amperios y al m i s m o t i e m p o s e o b

t e n d r í a u n a mej o r s a t u r a c i ó n del aire c o m o se i n d i c a

a continuación:

Ver d i s e ñ o dei aspa de Inoxidable.

F rJNC IONAMIENTO D E L A T O R R E C O N D E N S A D O K A . -

Lo podemos considerar como 3 pasos a seguir x

lo.) L l e n a r la p i l a de agua de tal m a n e r a q u e l a

b o m b a p e r m a n e z c a inundada.

2o.) E c h a r a andar la H é l i c e para que e m p i e c e

el paso del aire a través de los C o n d e n s a d o r e s m i x t o s .

3.-) Ma n t e n e r la b o m b a de agua t r a b a j a n d o p a r a que

en esta forma l a s u p e r f i c i e l a minar es t é b a ñ a d a c o m p l a

t á c e n t e y se l o g r e h u m i d i f i c a c i ó n del aire.

Se debe tomar en c u e n t a que esta3 op e r a c i o n e s se

r e a l i z a r á n en el m o m e n t o que se c o n s i d e r e que el p a s o

A SP A s-

M a t a r l a l

A l uminio

I n o x i d a b l e

i n s l l f t a c l f a S a r g a l a l a s L *

2 5 mm. 1 2 . 0 A . 2 0 Bt/s9

8 mm. 1 1 . 5 2 0 * 2 5 m / s .

de los gases a través de los C o n d e n s a d o r e s se e m p i e c e

a e f e c t u a r .

DISTRIBUCION DE LAS TOfLtES CONDENSADORAS.-

L a p r o d u c c i ó n se e m p e z ó p a r a u n a c a p a c i d a d de 1 0

t o n e l a d a s . D e a c u e r d o c o n esto s e h i z o l a d i s t r i b u c i ó n

de tres torr e s c o n d e n s a d o r a s e n l a s i g u i e n t e formas

S a l i e n d o los gases de l a t o r r e de d e s t i l a c i ó n , l a

t u b e r í a se r e p a r t e en dos, c a d a u n a de las cuales va

a dar a u n C o n d e n s a d o r extremo. E n c a d a u n a de ellas

se r e a l i z a u n a c o n d e n s a c i ó n , p a s a n d o los gases q u e no

l l e g a n a c o n d e n s a r s e a l a T o r r e C o n d e n s a d o r a C e n t r a l

c u y a f u n c i ó n se pen3Ó desde u n p r i n c i p i o en e n friar los

gases r e s t a n t e s .

E n lo que se r e f i e r e al ag u a que b a ñ a los c o n d e n

sa d o r e s es co m o sigues

Las dos torres e x t r e m o se c o m u n i c a n entre s í por

u n a t u b e r í a de $0 mm. de diámetro, t e n i e n d o una b o m b a

pa r a los dos c o n d e n s a d o r e s . L a T o r r e C e n t r a l c u e n t a c o n

u n a so l a b o m b a segtín el s i g u i e n t e D i a g r a m a .

c).- RENDIMIENTO COMPARATIVO

Uno de los problemas más serles que se han tenido

- 57 -

h a s t a l a f e c h a en c u a l q u i e r tipo de c o n d e n s a d o r es l a

“I n c r u s t a c i ó n " .

Segiín el c o n t e n i d o de sales en el a g u a u t i l i z a d a ,

es la i n c n u s t a c i ó n d e p o s i t a d a al e f e c t u a r s e el c a l e n

t a m i e n t o de l a m i s m a al r e a l i z a r s e el e n f r i a m i e n t o o

c o n d e n s a c i ó n de al g d n fluido.

L a tínica íoi-ma de e v i t a r l a es u t i l i z a n d o agua d e s

tilada, l o cual no s i e m p r e s u c e d e t o m a n d o e n c u e n t a el

c o s t o t a n e l e v a d o pa r a p r oducir el a g u a d e s t i l a d a .

L a ot r a f o r m a es e s c o g i e n d o el m a t e r i a l a d e c u a d o

que s o p o r t e u n a l i m p i e z a c o n ácidos c o m o l o e es el A c á

r o I n o x i d a b l e 304.

Los c o n d e n s a d o r e s Acnot u b u l a r e s de t u b o de a c e r o

Inoxid a b l e se t r a t a n de evit a r por el c o s t o tan e l e v a

do del tubo.

P a r a n u e s t r o c a s o con los C o n d e n s a d o r e s M i xtos r e

s u l t a e c o n ó m i c o al s e l e c c i o n a r l á m i n a d e l g a d a de A c e r o

I n o x i d a b l e c o m o l o d e m u e s t r a el B a l a n c e E c o n ó m i c o .

C a b e hacer la a c l a r a c i ó n que este t i p o de C o n d e n

sador n o es t á d i s e ñ a d o para altas p r e s i o n e s . La p r e

si ó n de p r u e b a a que h a n sido s o m e t i d o s es de 2 k g . / C m ^ ^

-5 8 -

C A P I T U L O IY

BALANCE TERMICO

-59-

E1 b a l a n c e t é r m i c o d e s a r r o l l a d o e n s e g u i d a s e

r e f i e r e a l o s c o e f i c i e n t e s d e t r a n s m i s i ó n de c a l o r

a s i c o m o a l o s b a l a n c e s c a l o r í f i c o s o b t e n i d o s e n u n a

t o r r e c o n d e n s a d o r a y a t r a b a j a n d o ; t a l d e s a r r o l l o s e r

v i r é p a r a e s t a b l e c e r u n a c o m p a r a c i ó n d e l o s v a l o r e s

r e a l e s o p r á c t i c o s c o n l o s t e ó r i c o s s u p u e s t o s .

C O N D I C I O N E S D E O P E R A C I O N

L a p l a n t a c o n s t r u i d a p a r a u n a c a p a c i d a d d e 2 0

t o n e l a d a s , se e m p e z ó a t r a b a j a r p a r a 1 0 t o n e l a d a s

p o r d í a s o l a m e n t e , o s e a a l a m i t a d d e s u c a p a c i d a d .

L o s v a l o r e s p r e s e n t a d o s a c o n t i n u a c i ó n s o n p r á c

t i c a s d e l a p l a n t a y a t r a b a j a n d o . C o n e l l o s se c a l

c u l a n t a n t o l o s c o e f i c i e n t e s d e c a l o r c o m o l o s c a l o

r e s t o t a l e s q u e s e l l e g a n a t r a n s m i t i r de u n f l u i d o

a o t r o .

C o m o t o d o el c o n t r o l q u e s e l l e v a e n l a p l a n t a

es a u t o m á t i c o t o d o s e s t o s v a l o r e s l o s p u e d e o b t e n e r

el o p e r a d o r s e g ú n l a s c o n d i c i o n e s d e o p e r a c i ó n q u e

se n e c e s i t e n p a r a o b t e n e r el p r o d u c t o .

L o s v a l o r e s s o n l o s s i g u i e n t e s :

GASTOS

M e t a n o ! 4 A 0 1/h.

—»60-

Reflujo 1050 1/h

Agua 270 1/h

tiré 500 nrVh.Presión 1000 mm. de agua.

'l'SI* PER VIUR i. DE LOS GAJ3ES

Punto 1 66 °CPunto 7¿t°C

Punto 3 93°C

I unto 4 68 °CPunóo 5 4* O 0 0Punto 6 2 5°C

Estos valores se localizan en 1flujo de gases presentado a continuación;

- u -

4 0 * C

T O R R E

C O N D E N

No. 3

T O R R E

CO N D E N

No. 4

T O R R E

C O N D E N

No.2

D i a g r a m a

F l u j o d e G a s e s .

Antes de hacer el desarrollo de cálculo de los

coeficientes prácticos obtenidos de una torre con

densadora, empezaremos por el cálculo práctico de

una unidad condensadora la cual se probó con vapor

saturado y en esa forma fue sometido a varias condi

ciones de flujo.

De esta manera al final del capítulo se hace u

na comuaración de los coeficientes obtenidos para

un Condensador y para una Torre condensadora.

- 63 ~

C o n d e n s a d o r .-

a ) C o e f i c i e n t e s prác t i c o s o b t e n i d o s s -

S o m e t i d o el c o n d e n s a d o r a p r u e b a de t r a b a j o p a r a

e n c o n t r a r s u r e n d i m i e n t o i n d i v i d u a l fué s o m e t i d o a d i

fer e n t e s c o n d i c i o n e s c o n v a p o r s a t u r a d o e n c o n t r a n d o los

sigui entes v a l o r e s .

E n t r a d a S a l i d a

V a p o r 91° c 43°c

A g u a E n f r i a m i e n t o 24°c 48°c

Agua E n f r i a m i e n t o . C o n d e n s a d o .

F l ujo. 273 L t s / h r 7 5 L t s / h r .

C o n estos v a lores, el cá^ftulo c o r r e s p o n d i e n t e d e l

c o e f i c i e n t e total de t r a n s m i s i ó n de calor fiuí el si

guie n t e :

V a p o r (91°c) __________ 632 K c a l . / k g .

C a l o r a b s o r b i d o

por el agua. ________________ 6 3 5 - 43

o 592 K c a l . / k g .Q = 592 x 75 = 4 4 , 4 0 0 K e a l . / h r .

dup. del

C o n d e n s a d o r => 0 , 9 1 5 x 2 * 4 4 * 2 . 2 3 5 ®.2

Q - 4 4 , 4 0 0 - 1 9 , 8 0 0 K.cal,/hr. m 2A 2 , 2 3 5

ñacieudu una relación dv las teteus. del Vapor,

condensado y aguan de enfr; amiento encontramos la Tm.

(i'emp. media) considerando un flujo paralelo.

91 °c ___________________ 4 °c

24°c ____________________48°c

t , * 6?°c t , = 50 c

6? - 1 3 .4 ____________________ 0*355 Ccte de acue£5

do con gráficas)

Tm = 0.3 55 x 67 = 2 3 .8°c

U - Coeficiente Total

ü = _ i L _ i _A Tm

* 19,800 x _123TB

U - 835 K cal./h r , m2 ° c .

Para encontrar las condiciones óptimas del conden

sador fuó necesario el someterlo a trabajos de opera

ción diferentes:

J Agua» Condensado.

(K c a l./jr . m2 ° c .) C l ./h r .) ( l . /h r . )

83 5 273 7 5

Vapor 667 335 39

(91-93°c ) 11oO 387 95.

Al alimentar el f l u j o vapor, l a c a i t l d a d ele c o n d e n

sa d o fuó v a r i a n d o en u n a forma f avorable, y la t e m p e r a

tu r a d e l agua n o a u m e n t ó muc h o c o m o s e ve a c o n t i n u a c i ó n .

T o d o se h i z o c o n s i d e r a n d o u n v o l u m e n de 1 l i t r o

de c o n d e n s a d o p a r a

V ap o r 91 °c

A g u a 22°c

T e m p e r a t u r a s í

Agua. C o n d e n s a d o . T i e m p o ( Mi n .

25°c 29°c 0.34

22 27 0 .3 0

2 6 . 5 2 9 0 . 3 5

29 3 1 0.28

30 3 2 0.28

28 3 0 0.26

32 3 4 0.24

C o n s i d e r a n d o el TÍltimo valor, 0 . 2 4 Min.

Q . — 0 * 0 0 4 hr *

1 s 250 Lts./hr. Condensado0.004

C o e f i c i e n t e *

V a p o r ( 91°c ) ____________________ 6 3 5 K c a i . / K g .

6 3 5 - 3 4 = 601 K c a l . / K g .

601 x 2 5 0 a 1 5 0 , 2 5 0 K c a l . / h r .

Q ** 1 5 0 , 2 5 0 K c a l . / h r .

~ 6 6 -*

A = 2,23 5 m2

Q » 150.250 « 67,250 K ca l./h r . m2 4 2,235

T m S ?

91 °c ______________________________ 34°c

22°c _____________________________ 32°c

t, » 69°c t2 = 2°c

Tm = t, - t2 6 9 - 2

2.3 log _La_ 2.3 log* 2 2

_______£Z________ r 67_____ . &Z _2.3 log 29.5 2 x 1.47 2.94

Tm = 2 2 . 8 ° c

- 67

U a w . * 1

A I m

= 6 7 , 2 5 0 x i —22.6

ü « 2 9 5 0 K c a l . / h r . m 2 °o

C o m o r e s u l t a d o podemos dec i r que las c o n s i c i o n e s

m á x i m a s de t r a b a j o de u n a u n i d a d c o n d e n s a d o r a s o n las

s i g u i e n t e s i

Coe f . total de T r a n s m i s i ó n de calor.

U = 2 9 5 0 K c a l . / h r . m 2 °c

C o n d e n a n d o - 250 Lts . / h r .

T e m p e r a t u r a s finales:

C o n d e n s a d o __________________________ 34°c

Hg-ua - E n f r t a m 32°c

L a G r á f i c a s i g u i e n t e m u e s t r a el C o e f » M á x i m o y

C o n d e n s a d o máximo

U , V s . C o n d e n s a d o .

a bis ) Coef. Prácticos obtenidos.

T o n e Condensadora.

La torre condensadora, o sea en si un condensa

dor m-xto ya trabajando está formado por 14 Unidades

condensadoras .

La deteraiinuci¡5n do dichos coeficientes con datos

prácticos de la planta ya trabajando, o sea para vapo

res de metanol, fuá ia siguientes

heflujo 10^0 Lts./hr.

Gases 68°c Entrada

40°c S a l i d a

Agua 37°c Entrada

40°c Salid*

De donde tenemos que el balance para det^rmina-

c L(5i. del Coeficiente total de caler es el siguiente:

Superficie - 0.91 *> x 2.44 ~ 2.J3 mVCond.

Mo. Condensadores - 14/ion e

S u p e r f i c i e Xotal - 2.33 x 14 = 31.30 m 2/l'orre.

Condensado ® lí'^0 Lts./b

- 6 9

C o m o son 2 T o r r e s *

1 0 5 0 a 525 L t s / h r 2

p.e. » 0.800

0 . 8 0 0 1 525 = 4 2 0 K g . / h r .

68°_________________________ 300 K cal/kg.

- 70 -

Por tanto, 4-20 x 2 6 0 = 1 0 9 ,0 0 0 K c a l . / h r .

Al d e t e r m i n a r l a t e m p a a a t u r a m e d i a logarítmica,

m i d i f i c a c i ó n e r a n las siguientes:

3 0 0 - 4C = 260

T O Q r0 0 0 = 3 , 5 0 0 K c a l . / h r m231.3

las tem p e r a t u r a s c o r r e s p o n d i e n t e s p a r a e l agua de htí—

E n t r a d a Sali d a

A G U A 37°c 40°c

T m = ?

Gases 68°c 40°c

Agua

* T . T 2.

2.3 log __£*

3 4 .--6------

2 .3 log

- 71 -

= 2 8 = .... 3 8 _______ = _ 2 f i -

2.3 log 5 . 6 5 2.3 x 0 . 7 5 2 1.73

I m = I6.2° c

S a b e m o s que

Q = ü A T m

u = i * ____ 3 %5.0fi—A T m 1 6 . 2

U S 2 1 5 K c a l / hr. m 2 °c

V a r i a n d o el C o n d e n s a d o a

3 1 0 L t s/hr.

L a v a r i a c i ó n de C o e f i c i e n t e fué a

ü = 1 3 2 K c a l . / b r . m 2 °c

C O N S I D E R A C I O N E S

E l agua se e n c o n t r a b a e n l a e n t r a d a al l a s u p e r

ficie del c o n d e n s a d o r y a a l i d a d e l m i s m o , a la m i s m a

t e m p e r a t u r a , 34° c, o sea que l a f u n c i ó n d e s a r r o l l a d a

por el a g u a se puede e o n s i d e r a r s o l a m e n t e co m o m e d i o

t r a n s m i s o r entre l a p a r e d y el aire, o sea un h u m e c

ta n t e d e l aire que fac i l i t e l a m e j o r f u n c i ó n del m i s m o

c o m o enfr i a d o r o c o n d e n s a n t e d e l sis t e m a .

T o m a n d o e n c u e n t a l a H u m e d a d R e l a t i v a del Aire,

tan t o a l a E n t r a d a c o m o a la s a l i d a p o demos darnos

- 72 -

c u e n t a de l a f u n c i ó n que e s t á d e s a r r o l l a n d o el m i s m o

y sab e r si s u s a t u r a c i ó n es comp l e t a .

V a lores

E n t r a d a

C ondeas . 2 y 4- 34°c

Agua

C o n d e n s . 3 24°c

Aire:

S a l i d a

34°c

24-°c

T-

C o n d e n s . 2 y 4B . B . 17°c (62° F) 29°c (84-°F)

...■1B.,.SJ_____24°c (75.2° F)31° c (88° F)

= 13 «2°F » 4°F

H - H = 85%

C o n d e n s . 3 » B. H .

TB . 3 .

H

E n t r a d a

1 7 ° c ( 6 2 ° F )

34°<?.Í25*Z°?1

- 13.2° F

a 4&%

Salida

21.5° c(70° F)

a 9 OF

H = 64%

G o m o se ve e n los valores o b t e n i d o s , los C o n d e n s a

dores 2 y 4 t r a b a j a n b i ó n pues su s a t u r a c i ó n es h a s t a

85£> aunque al puede m e j o r a r más. N o s u c e d e lo m i s m o

c o n el C o n d e n s a d o r 3 el cual n o t r a b a j a ya que l a s a t a

r a c i ó n del aire l l e g a s o l a m e n t e a 64% l o c u a l n o es

da aceptable.

- 73 -

T r a t a n d o de m e j o r a r el C o n d e n s a d o r 3 v a r i a m o s l a

c a n t i d a d de ag u a c o n l o cu a l los r e s u l t a d o s s o n c o m o

si g u e :

T u b e r í a de Agua _________________ 3 8 m m D i á m e t r o

V á l v u l a A b i e r t a _____________ _ 2 V u e l t a s

I n i c i a l E n t r a d a S a l i d a

G A S E S 54°c 37°c

A G U A 2 5°c 26°C

E n el t r a n s c u r s o de u n a h o r a se vi<5 el c a m b i o s i

gui e n t e e n las c o n d i c i o n e s de o p e r a c i ó n :

F i n a l E n t r a d a S a l i d a

G A S E S 56°c 43 °c

A G U A 29°c 32°c

tB . H . l6° c»60*8° F 74°F s 2 3 ° c

A I R E

TB . 3 . 23°c -73«4° F 91 . 4°F =

T , = 12.6° F 17.4° F s T 2

H , s H 2 S 46°F

S e g ú n los valores obte n i d o s pa r a H, H 2 ,

d i c h a torre no trabaja, lo cu a l l o e s t á i n d i

c a n d o además el i n c r e m e n t o en l a 2 e mp. d e los

G a ses, a l a salida!

37°c ________________________ 43 °c

T r a t a n d o de m e j o r a r las c o n d i c i o n e s de t r a D a j o ,

se au m e n t ó l a c a n t i d a d de ag u a ( 4 l / 2 vueltas w ia

- 74 -

V á l v u l a ) , c o n lo cu a l los r e s u l t a d o s fueron;

G A S E S

A G U A

52°c

27°c

t B . H . 15°c =59° f

E n t r a d a S a l i d a

36°c

28.5° c

22°c = 71.6° F

H U M E D A D

T.B . H 23° c=73.4° F 25.7° c = 78°c

T , = 14.4° F

H, s 42%

T2 - 6.4° F

H2 = 73%

C o m o se observa, la h u m e d a d a u m e n t ó c o n l o c u a l

sa l o g r ó u n a mejor s a t u r a c i ó n d e l aire, y al m i s m o

t i e m p o u n a m e j o r o p e r a c i ó n e n l a t o rre c o n d e n s a d o r a

No. 3 al b a j a r los gases de 52°c á 36°c.

E n estas c o n d i c i o n e s se tenías

R e f l u j o 1 1 0 0 L t s . / h r .

C o e f i c i e n t e s

C o n d e n s a d o = 20% R e flujo.

1 1 0 0 x 0 . 2 0 ■ 2 2 0 Lts./hr.

2 2 0 x 0 . 8 0 0 = 1 7 6 K g . / h r .

Pa r a 52°c 1 6 0 K c a l . / k g . d e c a p a c i d a d C a l .

1 6 0 - 3 b s

1 2 4 x 1 7 6 =

A =

1 2 4 M it ii

2 1 , 7 0 0 K c a l . / h r

31.3 m 2

- 75 -

2 1 7 0 Q « 693 K c a l / h r . m23 1 . 3

Im = ?

Gases 52°c 36°

Agua 2 7 °c 28,5°cI , s 2 5 °c T¿= 7.5°o

I m25 - 7 . 5 1 7 . 5

2.3 log _,25. 2.3 log 3 . 3 27 . 5

1 7 . 5 ■ 1 7 . 5

2.3 x O .5 2 1 1.2

I m = 1 4 . 6°c

Por tanto: U - ____6 9^ a 4 7 . 4 K c a l / h r . m 2 °c

1 4 . 6

C o m o l o d e m u e s t r a e l v a l o r obtenido, es b a s t a n t e

bajo, lo c u a l nos v i e n e u n a vez más a d e m o s t r a r que l a

Í U n c i ó n f u n d a m e n t a l de esta c o n d e n s a d o r f i nal es s o l a

me n t e l a de e n friar gases c o m o b a s e p a r a p o s t e r i o r c o q

d e n s a c i á n .

Hac3 e n d o u n r e s u m e n da los C o e f i c i e n t e s t e n e m o s :

U C0NDEN3AD0.

- 76 -

215 Kcal./hr m2 °c 525 Lts./hr.

132 Kcal./hr m2 °c 310 Lts./hr.

Una comparación entre unidad condensadora y torre

condensadora resulta:

Unida! Condensadora:

Desde 667 hasta 2950 Kcal/hr m2 °cTorre Condensadora:

Desde 132 hasta 215 Kcal/hr. m 2 °c

Hay una razón para esa disminución y ella es la s¿

guiente:

Al obtener un coeficiente tan alto de 2950 se ha

cía para condensación de vapores de agua, y en el caso

del Coeficiente de 215 «s ya para vapores de metanol

pero no puros, ya que en el proceso tenemos gases ine£

tes como lo es el el H2, producto de la misma reas,

ción.

Como se sabe los gases inertes bajan dichos coef¿,

cientes cuando de condensación se trata, y tratándose

de gases, esos coeficientes son diferentes al comparar

se con líquidos.

b) Grado de Saturación del Aire.

Se dice que la saturación del aire será completa

cuando la presión parcial del Vapor del Agua en el mi¿

- 77 -

mo, sea igual a le presión parcial del Vapor de Agua

a la misma Temperatura.

Haciendo el cálculo ya con valores reales tenemos

que, de acuerdo con tablast

H, ■ 48% gr. Agua9 _____________________ i * 11 Kcal./kg.

.o. s 24°c Kg. Aire Seco

K2 = 8 5 i

26 Sr - AZUa i = 23.5 Kcal/Kg,

- Kg. Aire SecoB.S. * 3l°c

Incremento = 26.-9 = 17 gr. Agua -

Kg. Aire Seco

Cantidad de Aire.

Hélice, Diámetro * 123 cm.

S s Sección = O .785 x 1.232 = 1.185 m2V * Velocidad s 15 m/seg.V » Volumen * S. V.

= 1.185 x 15

s 17 ,8 m-Vseg = 17 .8 x 3600

V a 64,000 m-Vhr.

P s Densidad= 1*27

Aire * 64,000 x 1.27~ 81,000 &g. ¿ ire / h r .

- 78 -

Cantidad de agua Evaporada.-

0*017 x 81,000 s 1380 Kg» Agua/hr.

Cantidad de Calor Transmitido.-

C i )x « 11 Kcal/kg. Aire

( i )2 * 23.5 Kcal/kg. Aire

Incremento = 23.5 “ 13 “12.5 Kcal./Kg. Aire

Q - 12.5 X 81,000 ■ 1,012,000 Kcal/hr.

Coeficiente total de Tsansmisidn de Calor.-

Area s 31.3 m2/Torre

Area Total * 31.3 x 3 393*9 ffl2

Solo que en este caso se debe tomar en cuenta el

Area de una Torre, 31.3 m2 , ya que todo el cálculo se

hace en este caso para una Unidad.

Q = 1,012,000 Kcal/kg.

A = 31.3 m2

Tm - l6.2°c ( Dato calculado anteriormente)

Q a U A Tm.

de dondei U - Q . _A Tm

31.3 x 16.2= 1,01¿.>QQ0.. » 2000

5 0 7

U S 2 0 0 0 Kcal/hr m 2 °c

- 79 ~

De acuerdo con el Balance Calorífico efectuado se

puede saber si es correcto al tratar de checar el calor de Vaporización del Agua, como sigues

Calor total transmitido

= 1,012,000 Kcal./hr.

Calor Absorbido por el Aire.

s 81,000 x 0.3 x 7a 81,000 x 2.1a 170,000 Kcal/hr.

Diferencia

= 1 , 012,000 - 170,000

a 842,000 Kcal/hr.

Calor Transmitido al Agua Evaporada

« 842,000 Kcal./hr.

Agua Evaporada

= 1380 Kg. Agua/hr.

Calor - Vaporización

del Agua » Calor TransmitidoAgua Evaporada

1380

s 610 Kcal./kg.

C a l o r de V a p o r i z a c i ó n del Agua.

Un trabajo satisfactorio realizado por el aire será

- 80 -

logrando la mayor saturación del mismo, como lo indican

los valores expresados en seguidas

A I R £

>rB.¿». Temp. bulbo seco.

tB.H» Temp. bulbo húmedo

H. de humedad.

Entrada Salida

TB.3. 20°C 24°C( 68°F ) ( 75°F )

t b . h . i 5 ° c 2 5 .5 ° cC 59°F ) ( 78°F )

incremento 9°F 3°F

H ^o% 8j°%

Con ese grado de saturación del aire se tiene el

mejor rendimiento en una torre condensadora. Al obtener

estos valores la cantidad de condensado en las torres

era de 1000-1400 L/hr.

-81-

C A P I T U L O V

BALANCE ECONOMICO.

-82-

a) Costo del Condensador.-

A1 hacer el diseño del condensador una de las

bases fundamentales tomadas en cuenta fue su costo.

Al escogerse el acero Inox. 304 por las razo

nes ya explicadas, se empezó a comparar precios

tanto en lo que se refiere a tubos para varias medi

das, como de acero Inoxidable y de Fierro.

El balance demostró grandes ahorros al usar lá

mina de las siguientes características:

Lámina de 91*5 x 244 cm.

ACERO 304

No. 24

C = 0.62 mm.

Peso = 11.0 kg./lám.

Por lo aue se refiere a tubería de Acero Inox.

resultó el siguiente cuadro explicativo:

El

siguiente

cuadro

explicativo

demuestra

los

costos

de

varias

tuberías

-83-

<DOJ -H • O o o o O0 -H o o o o• • • •

U U co o Lf\ r oO 0> o- tf\ C\J MDp , P< cu OJ rH rH

í3 #» #» *»■

O CO 1—1 rH rH rH-Pm <uO T3 zo

05cOWi—l

xi<03

4"Ocr\

Ou<DOcrt

<D

tC'fHu<D

0UO i-H P< (tí

0> O tí ■H »H O rHa>

£

UO <\Jex, •

-HQ) i—I

3 •CQ 0

o O O Oo o O O• • • •o LT\ o oLIA CN CT> r-i—itfr s r =

<D O o o•rH <—1 ro v£> 00 y£>O ctí O O o rH•H <1> « • • •<H d O O o O

<D • 'd | j

o05 >C¡a> <u

ci> p*

coO

v£> kD v£>rH

OÍH

■P© OJ

rHITNCv) IfN

-84-

Como lo demuestra el valor en pesos, escoger

cualquier tubo no es recomendable por su costo tan

elevado.

Al hacer un balance con la lámina ya escogida

se obtuvieron valores bastante satisfactorios:

Superficie/lám. * 0.915 x 2.44

= 2.23 m . 2

Peso/lám. * 11.000 kgs.

- ^.9 kg/m2

Precio - $ 21.00/kg.

Por tantos 21.00 x 4.9 * $ 103»60/m2.

Resulta que aún si se escogiera el tubo de Ace

ro Inoxidable más económico ($ 1063.00/m2) la lámi

na resulta 10 veces más económica ($ 103.60/m2), al

formar el acanalado que corresponde a un tubo de 51

mm. de diámetro.

COSTO DE LA TORRE CONDENSADORA MIXTA

Costo/Sup. * $103.60/m2

Sup./Unidad « 2.23/m2

Costo Unidad = 103-60 x 2.23

= $ 2 3 1 . 0 0No. de Unidades = 14

-85-

Costo total * 14 x 231

= $ 3234.00

Cabezales: 1 lámina # 20

Acero 304

122 x 305 cm.

peso * 27 dg./lám.

Costo = $ 20.00/kg.

27x 20 - $ 540.00

Pila de Agua: 1 lám. if- 20

Acero 304

122 x 305 cm.- $ 450.00

Es truc tura:

Angulo de 6x 50 mm.

4 tramos de 130 cm. * 520 cm.

4 " " 96 cm. * 384 cm.

4 " 120 cm. - 480 c m .1384 cm.

Peso del Angulo * 475/mt.

Precio « $2.50/kg.

Peso * 13.84 x 4.75

65*80 kgs.

Costo = 2.50 x 65-80

= 8 166.00

.86-

Canal de 6 x 101 mm.

5 tramos de 120 cm. * 600 cm.

Peso de la canal = 10.0 kg/mt.

Peso = 6.00 x 10

= 60 k g .

Precio - $ 2.50/kg.

Costo « 2.50 x 60

* $ 150.00

Tapas de Asbesto:

2 Láminas de 5 x 1220 x 3660 mm.

Costo/lámina = $ 90.00

Costo = 2 x 90

8 180.00

TOTAL:

Superficie Condensante * 3234 + 540

- 8 3774-.00

Pila para Agua * 11 540.00

Estructura = " 316.00

Tornillos - " 60.00

Hélice - " 520.00

Motor * " 1500.00

Bomba para Agua * " 846.00

Motor * " 1500.00

Tubería = " 100.00

$ 220.00

" 180.00

" 600.00

n 5 0 0 .o o

£ I0,fobb.uu

Como resultado final se tiene que el costo de u-

na torre condensadora es de $ 10,656.00 para una su

perficie de 3 1 . 3 m.2, que resulta de:

3uperficie/0ondensador - 2.23 m.2

Superficie/Tor;re = 2,23 x 14

= 3 1 * 3 m . 2

De esta manera el costo para cualquier superfi

cié condensante se encuentra con sólo multiplicar

% 10,656.00 por un factor n determinado que resulta

d e :

Superficie Necesaria

n " 31.3

Siendo n = No. de Torres Necesarias.

b) Valer comparativo.-

En el caso de un condensador acuotubular se

tiene un exceso de trabajo en el terminado de los

espejos por la gran, cantidad de barrenos que en la

mayoría de los caso’s se tiene.

-87-

Válvulas

Tap as

Gas Argón

Mano de obra

-88-

Sin embeurgo en este sentido no podemos decir que

en un condensador mixto se ahorre gran tiempo por no

tener espejos, ya que este tiempo ahorrando se empa

reja por la cantidad de soldadura que es necesario

para unir la lámina acanalada a cada uno de sus cabe

zales.

En el predio por m.2, sin embargo, se sigue te

niendo un gran ahorro al no utilizar tubo aún en el

caso de utilizar de acero al carbón de 51 mm. de diá

metro, con precio de $ 26.00 el metro lineal, en el

mercado.

De acuerdo con estos precios resulta que el

costo por m.2 de superficie para tubo de acero al

carbón de 51 mm. de diámetro es de $ 163-50, contra

S 103.60 de la lámina acanalada de acero Inoxidable

304 No. 24 utilizada por nosotros.

-89-

G A P I T U L O VI

OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES

-90-

Observaciones.-

De acuerdo con la localización geográfica de

cada lugar es el grado de humedad que se puede te

ner en el medio ambiente*

Al localizar regiones en una carta geográfica

vemos que el grado de saturación varía y asi pode

mos darnos cuenta que se tiene desde 40% hasta 80%

o más lo cual nos demuestra que en el primer caso

se tiene margen para realizar un trabajo, o sea u—

na mayor saturación, no asi en el segundo caso

que sucede todo lo contrario ya que la saturación

es casi completa.

Dando valores con más detalles tenemos los si

guientes lugares:

Sesión % Humedad Relativa

Norte y Sureste

de Chihuahua.

Norte y Sureste

de Coahuila.

Norte de Zacatecas. ---------------------------- 40%

-91-

Parte Central de

Chihuahua,

Durango, Zacatecas,

San Luis Potosí,

Guanajuato y todo

el D. F. ---------------------------------------- 50%

Costa del Pacífico des

de Acapulco Hasta Maza-

tlán y Costa norte de

Tamaulipas.

Costa de Campeche y par

te Central de Yucatán y

Este de Quintana Roo. -----------------------70%

Costa de Veracruz, Ta-

basco, Yucatán y ^uinta

na Roo. -------------------------------------------- 80%

Considerando esto podemos decir que las regio

nes más favorables para que las torres condensado

ras trabajen son aquellas comprendidas entre 40 y

50% de humedad relativa.

En los condensadores mixtos se ha logrado una

saturación de hasta 92%, y bajo estas condiciones

-92-

su rendimiento es de lo mejor que puede desearse.

Conclusiones.-

Los condensadores mixtos disminuyen su eficien

cia con el tiempo al ir acumulándose incrustaciones

en su superficie.

Esto lo podemos eliminar utilizando agua desti

lada, en caso de no hacerlo, entonces se hace lim

pieza con ácido nítrico que no afecta la superficie

del condensador por ser de acero.

En lo que se refiere al agua de enfriamiento,

al elevarse mucho su temperatura, por una purga

que se tiene se tira cierta cantidad la cual se re

pone por la válvula de flotador colocada para tal

objeto, de esta manera se logra que la temperatura

del agua no 1legua a elevarse sino mantenerla a u-

na temperatura constante de 35°C, y que el nivel

de la pila de agua siempre se mantenga a la altura

adecuada para que esté succionando la bomba.

El condensador mixto dentro de las condicio

nes a que fue sometido sus resultados fueron bas

tante satisfactorias, tanto desde el punto de vi¿

ta económico como se demuestra en el capítulo V,

-93.

a s i c o m o de los resultados prácticos obtenidos en

la transmisión de calor cuyos valores se indican

en el capítulo IV.

Todo su cálculo, diseño y construcción se hi

zo en la planta Catálisis, S. A. donde se encuentra

trabajando actualmente.

- 94-

B I B L I O G R A F I A

1.- Manual del Ingeniero Químico.

Por John H. Perry, Ph. D.

Tomo I .

Edición en Español, 1958.

Por • • U T E H A " .

2.- V D X - Warmeatlas.

Berechnungsblatter fur den

War raeubergang.

Herau3gegeben vom Verein Deutscher Ingenieure.

Fachgruppe Verfahrenstechnik.

diseño de un condensador mixto

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