Análisis energético y exergético de una instalación de vapor de la Industria Alimentaria (página 2)

Balance de masa y energía en cada una de las instalaciones que utilizan vapor.

Fábrica de helado

Este es un equipo de transferencia de calor de superficie, en el que el vapor circula por el exterior y la mezcla que es necesario calentar y pasteurizar, va por el interior.

Datos:

Ti = 30 0C =303 0K

Tf = 85 0C =358 0K

Gmezcla=1428.6 L/h

Cp=0.7 Kcal/Kg0K

τvapor= 491 Kcal/Kg (según tablas A19 y A 20 del libro Termodinámica, del autor Faires)

Balance en el calentador de superficie (pasteurizador)

=== 120.98 L/h = 120.98 Kg/h

X=1.08 (Considerando para una situación crítica)

Fábrica de leche

Este es un intercambiador de calor de superficie, con un principio de funcionamiento similar al equipo del helado, en el cual entra la leche, que va a ser pasteurizada, al adquirir el calor proveniente del vapor que circula por la superficie de los tubos.

Datos

Ti = 6 0C =279 0K

Tf = 72 0C =345 0K

Gleche= 3166 L/h

Cp=0.90Kcal/Kg0K (Según la tabla del libro Diseño de Instalaciones Frigoríficas para la industria agroalimentaria del autor Antonio López Gómez

τvapor= 491 Kcal/Kg

Balance en el calentador de superficie (Pasteurizador)

=== 413.66 L/h = 413.66 Kg/h

X= 1.08 (considerando para una situación crítica)

Fábrica de Queso

Queso Nora

En el caso del queso, también contamos con intercambiadores de superficie, en el cual la mezcla de queso se calienta con el flujo del vapor que circula a su alrededor.

Datos

Ti = 8 0C =281 0K

Tf = 72 0C =345 0K

Gnora= 31.75 Kg/h

Cp=0.5Kcal/Kg0K

τvapor= 491 Kcal/Kg

δvapor = 897.3 Kg/m3 (Según el libro ¨Fundamentos de Termotransferencia¨)

Balance en el calentador de superficie (Pasteurizador)

=== 2.23 Kg/h

X= 1.08 (considerando para una situación crítica)

= 2.5 L/h

Queso Yaguajay

Datos

Ti = 8 0C =281 0K

Tf = 72 0C =345 0K

Gyaguajay= 90 Kg/h

Cp=0.5Kcal/Kg0K

τvapor= 491 Kcal/Kg

δvapor = 897.3 Kg/m3 (Según el libro Fundamentos de Termotransferencia¨)

Balance en el calentador de superficie (Pasteurizador)

=== 6.33 Kg/h

X= 1.08 (considerando para una situación crítica)

= 7.05 L/h

Cantidad total de vapor generado

Gt = G1 + G2 + G3 + G4 =543.2 Kg/h

Cálculo de la exergía perdida en la caldera y en cada pasteurizador de la línea de vapor.

Cálculos en la caldera:

A la caldera entra una corriente de agua a la temperatura C a la presión at.

La exergía del agua que entra es:

Kcal/kg = kJ/kg.

La exergía del calor aportado en la combustión:

La exergía del combustible.

La exergía del vapor que sale de la caldera:

Kcal/kg = kJ/kg.

La exergía de los gases de escape:

Por lo tanto la exergía perdida en la caldera, durante la combustión es:

Fábrica de helado

Calculando la exergía del vapor

Nosotros como en la producción no disponen de equipos de mediciones para leer determinados parámetros entonces consideramos en el trabajo, los datos que necesitamos.

• La presión a la entrada del pasteurizador en la fábrica de helado es de 5 atm, y es vapor saturado y es igual a la de salida(líquido saturado)
• El medio ambiente se considera C= 3000C, at., Kcal/Kg = 112.97KJ/Kg, Kcal/kg.K = 0.39KJ/Kg0K
• El líquido a la salida del intercambiador se considera como liquido saturado.

Auxiliándonos con el diagrama de Mollier obtenemos las entalpías del vapor y de la tabla A-4 del libro Termodinámica técnica tomo III obtenemos las entalpías del liquido saturado, que empleamos en las formulas siguientes.

Entrada del vapor (vapor saturado)

Salida del vapor (líquido saturado)

Exergía total del vapor

Calculando la exergía de la mezcla

Cálculo de exergía total en la pasteurizadora de helado

Fábrica de leche

Calculando la exergía del vapor

Nosotros como en la producción no disponen de equipos de mediciones para leer determinados parámetros entonces consideramos en el trabajo, los datos que necesitamos.

• La presión a la entrada del pasteurizador en la fábrica de leche es de 6 atm, y es vapor saturado y es igual a la de salida (líquido saturado).
• El medio ambiente se considera C= 3000C, at., Kcal/Kg = 112.97KJ/Kg, Kcal/kg.K = 0.39KJ/Kg0K
• El líquido a la salida del intercambiador se considera como liquido saturado.

Auxiliándonos con el diagrama de Mollier obtenemos las entalpías del vapor y de la tabla A-4 del libro Termodinámica técnica tomo III obtenemos las entalpías del liquido saturado, que empleamos en las formulas siguientes.

Entrada del vapor (vapor saturado)

Salida del vapor (líquido saturado)

Exergía total del vapor

Calculando la exergía de la mezcla

Cálculo de exergía total en la pasteurizadora de leche

Fábrica de Queso

Queso Nora

Calculando la exergía del vapor

Nosotros como en la producción no disponen de equipos de mediciones para leer determinados parámetros entonces consideramos en el trabajo, los datos que necesitamos.

• La presión a la entrada del pasteurizador en la fábrica de queso Nora es de 5 atm, y es vapor saturado y es igual a la de salida (líquido saturado).
• El medio ambiente se considera C= 3000C, at., Kcal/Kg = 112.97KJ/Kg, Kcal/kg.K = 0.39KJ/Kg0K
• El líquido a la salida del intercambiador se considera como liquido saturado.

Auxiliándonos con el diagrama de Mollier obtenemos las entalpías del vapor y de la tabla A-4 del libro Termodinámica técnica tomo III obtenemos las entalpías del liquido saturado, que empleamos en las formulas siguientes.

Entrada del vapor (vapor saturado)

Salida del vapor (líquido saturado)

Exergía total del vapor

Calculando la exergía de la mezcla

Cálculo de exergía total en la pasteurizadora de queso Nora

Queso Yaguajay

Calculando la exergía del vapor

Nosotros como en la producción no disponen de equipos de mediciones para leer determinados parámetros entonces consideramos en el trabajo, los datos que necesitamos.

• La presión a la entrada del pasteurizador en la fábrica de queso yaguajay es de 7 atm, y es vapor saturado y es igual a la de salida (líquido saturado).
• El medio ambiente se considera C= 3000C, at., Kcal/Kg = 112.97KJ/Kg, Kcal/kg.K = 0.39KJ/Kg0K
• El líquido a la salida del intercambiador se considera como liquido saturado.

Auxiliándonos con el diagrama de Mollier obtenemos las entalpías del vapor y de la tabla A-4 del libro Termodinámica técnica tomo III obtenemos las entalpías del liquido saturado, que empleamos en las formulas siguientes.

Entrada del vapor (vapor saturado)

Salida del vapor (líquido saturado)

Exergía total del vapor

Calculando la exergía de la mezcla

Cálculo de exergía total en la pasteurizadora de queso yaguajay

Diagrama de Bloque de Exergía

Bibliografía

2. F. Javier Rey Martínez.Ingeniería Termodinámica.
3. . Hans Baechr Tratado Moderno de Termodinámica. Segunda Parte
4. V Shushkov Termodinámica técnica tomo III.
5. F. Javier Rey Martínez Ingeniería Termodinámica.
6. DrJorge A Rodríguez Introducción a la Termodinámica con algunas aplicaciones a la Ingeniería.
7. Cao Intercambiadores de Calor.
8. DQ Kern Procesos de Transferencia de Calor.
9. M A Lozano y A Valero. Determinación de la Exergía para sustancias de Interés industrial.
10. Wiley N.Y Ahern, Je. The exergy Method of energy system analysys.
11. Tablas de Vapor, Representaciones y Servicios de Ingeniería. México.
12. Exergoeconomic optimisation of an aqua-ammonia.
13. Dra. M Lapido Rodríguez. Métodos de Análisis Termodinámicos.
14. International Journal of Refrigeration Vol. 14., pp. 336-340. 1991.
15. Curso de Termodinámica Irreversible. Eva Martínez Pérez

Datos de los Autores.

Ing. Julio Rivero González.

Nació el 15 de julio de 1982 en la provincia de Pinar del Rio, Cuba.

Cursó sus estudios universitarios en la Universidad de Pinar del Rio Hermanos Saiz Montes de Oca, en la Facultad de Geología Mecánica en la especialidad de Ingeniería mecánica. Graduado en el año 2006 en la mencionada universidad con diploma de oro.

En este momento es profesor de la Universidad de Pinar del Río, e imparte asignaturas relacionadas con la especialidad. Ha cursado postgrados de superación profesional en tecnologías de la Informática y las comunicaciones, Modelación y simulación de elementos Finitos así como de temas relacionados con la eficiencia Energética.

Ing. Einara Blanco Machín.

Nació el 9 de septiembre de 1983 en la provincia de Pinar del Rio, Cuba.

Cursó sus estudios universitarios en la Universidad de Pinar del Río Hermanos Saiz Montes de Oca, en la Facultad de Geología Mecánica en la especialidad de Ingeniería Mecánica. Graduado en el año 2006 en la mencionada universidad con diploma de oro.

En este momento es profesora del Dpto. de Mecánica de la Universidad de Pinar del Río, e imparte asignaturas relacionadas con la especialidad. Ha cursado postgrados de superación profesional de Modelación y simulación de elementos Finitos así como de temas relacionados con la eficiencia Energética. Participó como ponente en el Evento Iberoamericano de Mujeres Ingenieras Arquitectas y Agrimensoras efectuado en La Habana Cuba del 3 al 8 de junio del presente año.

Autor:

Ing. Julio Rivero González

Ing. Einara Blanco Machín