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 -
1 4
15
1 6
-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
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r. a
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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.
- 42-
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 .
ASPA
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.