diseño de un sistema condensacion de vahos para el departamento de elaboracion cocimientos de la...
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Diseño de Un Sistema Condensacion de Vahos Para El Departamento de Elaboracion Cocimientos de La CerveceriaTRANSCRIPT
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REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA
FACULTAD DE INGENIERA
ESCUELA DE INGENIERA QUMICA
DISEO DE UN SISTEMA DE CONDENSACIN DE VAHOS
PARA EL DEPARTAMENTO DE
ELABORACIN/COCIMIENTOS DE LA CERVECERA
REGIONAL C.A. EN LA PLANTA MARACAIBO
Trabajo Especial de Grado para optar al ttulo de Ingeniera Qumica
Br. LISSA C. GALICIA A.
C.I. 15.985.812
Br. VANESSA M. URDANETA B.
C.I. 15.406.298
Maracaibo, Mayo del 2005
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REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA
FACULTAD DE INGENIERA
ESCUELA DE INGENIERA QUMICA
DISEO DE UN SISTEMA DE CONDENSACIN DE VAHOS
PARA EL DEPARTAMENTO DE
ELABORACIN/COCIMIENTOS DE LA CERVECERA
REGIONAL C.A. EN LA PLANTA MARACAIBO
Trabajo Especial de Grado para optar al ttulo de Ingeniera Qumica
____________________________ Br. LISSA C. GALICIA A.
C.I. 15.985.812
___________________________ Br. VANESSA M. URDANETA B.
C.I. 15.406.298 Maracaibo, Mayo del 2005.
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Este jurado aprueba el Trabajo Especial de Grado titulado DISEO DE
UN SISTEMA DE CONDENSACION DE VAHOS PARA EL
DEPARTAMENTO DE ELABORACION Y COCIMIENTOS DE
LA CERVECERIA REGIONAL C.A. EN LA PLANTA
MARACAIBO que las bachilleres Galicia Avila, Lissa Carolina C.I.
15.985.812 y Urdaneta Ballesteros, Vanessa M. C.I. 15.406.298
presentan para optar al titulo de Ingenieras Qumicas.
Maracaibo, Mayo de 2005.
Ing. Martnez, Humberto C.I.: 3.112.555
Tutor Acadmico
____________________ Ing. Urdaneta, Oscar Ing. Luzardo, Herinarco C.I.: 4.520.200 C.I.: 10.448.127 Jurado Jurado __________________ ____________________ Ing. Urdaneta, Oscar Ing. Bohrquez, Jos C.I.: 4.520.200 C.I.: 3.379.454 Director de la Escuela Decano de la Facultad de Ingeniera Qumica de Ingeniera __________________ ____________________
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DEDICATORIA
A Dios y a San Ignacio por ser la fuerza que me inspira cada da a seguir
adelante no importa lo que pase.
A mis Padres, por complacerme y apoyarme en todo lo que hago. Son mi
modelo a seguir y siempre ser su Pequea.
A mis hermanos Juan y Marcy, porque los quiero mucho.
A Kike, porque lo AMO. Eres mi sobrino, mi hijo y mi todo. Espero
que en el futuro todos tus sueos se hagan realidad.
A toda mi familia, mis abuelos, tos y primos. En especial a mi abuelo
Eduardo, mi to Ike, y mis primos Tito, Melina, Alexandra y Alexander.
A Vanessa porque es la mejor compaera de tesis que pude haber
conseguido y por ser, junto con su novio Giovanni, grandes amigos.
A mis profesores, compaeros de estudio y amigos. Formar parte de la
URU ha sido una gran experiencia.
Lissa Galicia vila.
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DEDICATORIA
A mis padres, sin ustedes nunca hubiese podido llegar hasta aqu, ustedes
son mi modelo a seguir.
Mam, a ti por haber sido el remedio a todos mis problemas, t me
enseaste la anatoma ms importante, la de la vida, y caminaste siempre
a mi lado todo este recorrido.
Pap, a ti por haber sembrado en m la semilla del estudio y el amor a la
ciencia. Espero que compartas conmigo al momento que esas semillas,
den fruto.
A mi hermano Jos Daniel, porque tu has despertado en mi la creatividad
que nunca sospeche tener. Has sido un modelo de iniciativa para m y
espero algn da acompaarte cuanto tu llegues hasta aqu.
A Lissa, yo busque en ti una compaera de tesis y encontr una amiga.
Gracias por haberme ayudado a realizar esta meta.
A Giovanni, todo lo que hago, lo hago pensando en ti, gracias por
apoyarme siempre y espero que logremos juntos todas nuestras metas.
A mis amigos, ustedes saben quienes son, lo logr !!!!!!!.
Vanessa Urdaneta B.
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AGRADECIMIENTOS
A Dios.
A nuestros padres por haber sido los pilares fundamentales de nuestra
educacin.
A nuestro tutor acadmico, Ing. Humberto Martnez, por haber sido una
fuente constante de conocimientos y habernos brindado mas que su
ayuda, su amistad y confianza. Lo queremos.
Al Ing. Carlos Machuca y al Lic. Gelacio Leal, por habernos dado todas
las herramientas necesarias para cumplir con esta meta y por habernos
brindado su apoyo incondicional.
A todo el personal de la Cervecera Regional C.A., especialmente al Ing.
Nervis Morillo, T.S.U. Daniel Martnez y a todo el personal del
departamento de Elaboracin/Cocimientos que han puesto su granito de
arena en la realizacin de este trabajo de grado.
A la URU y a todos nuestros profesores por habernos guiado hacia la
bsqueda de la excelencia. En especial a los profesores Oscar Urdaneta,
Jos F. Bohrquez, Ignacio Rodn, Milagros Quijada y Herinarco
Luzardo.
Lissa y Vanessa.
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GALICIA AVILA, Lissa Carolina, C.I. 15.985.812, URDANETA BALLESTEROS, Vanessa M, C.I. 15.406.298. Diseo de un Sistema de Condensacin de Vahos para el Departamento de Elaboracin y Cocimientos de la Cervecera Regional C.A. en la Planta Maracaibo. Trabajo Especial de Grado. Maracaibo. Universidad Rafael Urdaneta. Facultad de Ingeniera. Escuela de Ingeniera Qumica. Mayo del 2005.
RESUMEN
La presente investigacin tuvo como objetivo disear un Sistema de Condensacin de Vahos para el Departamento de Elaboracin/Cocimientos de la Cervecera Regional C.A. en la Planta Maracaibo. Las pailas de coccin ubicadas en el rea de Elaboracin/Cocimientos de la cervecera, calientan el mosto cervecero hasta su punto de ebullicin durante 80 minutos, una parte del mismo se evapora y sale a travs de chimeneas. Al dejar escapar este vapor, conocido como Vahos, se desperdicia energa trmica, adems de producir olores que contaminan el ambiente. Por esto se necesita disear un Sistema de Condensacin de Vahos que permita aprovechar esta energa para calentar el agua de procesos de la planta, reduciendo as los costos por concepto de la compra del combustible fsil empleado en las calderas para el calentamiento de agua. Este sistema consiste en calentar una corriente de agua de procesos que proviene de la planta de tratamiento de agua de la cervecera, con las corrientes de vapor de Vahos. Para la realizacin del proyecto se consideraron bases y criterios de diseo de acuerdo a las necesidades y requerimientos de la planta y del rea donde se instalar el sistema. Se elabor la Ingeniera Conceptual, descripcin del proceso, planos de simbologa, diagramas de flujo de procesos, balances de masa y energa, dimensionamiento y especificaciones de los equipos diseados como el intercambiador de calor y la bomba centrifuga, y el plano de ubicacin de los equipos (Layout). Finalmente, se realiz un anlisis econmico del cual se obtuvo un VPN de 528,8 MMBs para una inversin inicial estimada en 66,3 MMBS y se calcul una TIR del 202,52%. Posteriormente se realiz un
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anlisis de sensibilidad en el que se concluy que la TIR es sensible a la menor variacin en el flujo msico de agua caliente producida por el sistema diseado y en el costo de la inversin, mientras que no se obtuvo una respuesta significativa respecto a la variacin del precio del agua potable.
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INDICE GENERAL DEDICATORIAS...iv
AGRADECIMIENTOS..vi
RESUMEN...vii
INDICE DE FIGURAS...xii
INDICE DE TABLAS.xiii
INDICE DE ANEXOSxiv
INTRODUCCION..1
CAPITULO I ....................................................................................................... 18 EL PROBLEMA .............................................................................................................................. 20
1.1. Planteamiento del problema: .............................................................. 20
1.2. Formulacin del Problema:................................................................. 24
1.3. Objetivos: .............................................................................................. 24 1.3.1. OBJETIVO GENERAL: ........................................................................................................ 24 1.3.2. OBJETIVOS ESPECFICOS: ................................................................................................. 25
1.4. Justificacin de la Investigacin: ........................................................ 25
1.5. Delimitacin de la Investigacin:........................................................ 27
CAPITULO II ..................................................................................................... 28 MARCO TEORICO ......................................................................................................................... 28
2.1. Antecedentes:........................................................................................ 28
2.2. Descripcin General del Proceso: ....................................................... 31 2.2.1. LA CERVEZA: .................................................................................................................... 31 2.2.2. MATERIA PRIMA: .............................................................................................................. 31
2.2.2.1. El Agua: ................................................................................................................... 32 2.2.2.2. La Cebada: ............................................................................................................... 32 2.2.2.3. El Lpulo: ................................................................................................................ 33 2.2.2.4. La Levadura:............................................................................................................ 34
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2.2.3. LA MOLIENDA: .................................................................................................................. 34 2.2.4. MACERACIN:................................................................................................................... 35 2.2.5. FILTRACIN DEL MOSTO:................................................................................................. 36 2.2.6. COCCIN DEL MOSTO:...................................................................................................... 38
2.2.6.1. Estabilizacin: ......................................................................................................... 39 2.2.6.2. Desarrollo del Sabor:............................................................................................... 40 2.2.6.3. Concentracin.......................................................................................................... 41 2.2.6.4. Eliminacin del Bagazo o del Lpulo ..................................................................... 42 2.2.6.5. Transformaciones que Ocurren durante la Coccin .............................................. 42 2.2.6.6. Transformaciones Fsicas ....................................................................................... 43 2.2.6.7. Transformaciones Qumicas ................................................................................... 43
2.2.7. SEDIMENTACIN DE SLIDOS DEL MOSTO ...................................................................... 44 2.2.8. ENFRIAMIENTO DEL MOSTO ............................................................................................. 45 2.2.9. FERMENTACIN Y REPOSO ............................................................................................... 46 2.2.10. MADURACIN ............................................................................................................... 46 2.2.11. FILTRADO ..................................................................................................................... 47 2.2.12. ENVASADO .................................................................................................................... 47
2.3. Sistema de Condensacin de Vahos.................................................... 48
2.4. Introduccin a los Intercambiadores de Calor.................................. 51 2.4.1. RECUPERADORES (INTERCAMBIADORES A TRAVS DE UNA PARED SIN ALMACENAMIENTO DE CALOR) ...................................................................................................... 51 2.4.2. INTERCAMBIADORES DE CONTACTO DIRECTO SIN ALMACENAMIENTO DE CALOR ...... 53 2.4.3. REGENERADORES (INTERCAMBIADORES A TRAVS DE UNA PARED CON ALMACENAMIENTO DE CALOR) ...................................................................................................... 56 2.4.4. INTERCAMBIADORES DE CALOR QUE UTILIZAN UNA CORRIENTE DE IDA Y VUELTA .... 57
2.5. Tipos de Intercambiadores de Calor .................................................. 61 2.5.1. INTERCAMBIADORES DE CALOR DE CARCAZA Y TUBOS ................................................. 62
2.5.1.1. Intercambiadores de Calor de Cabezal Fijo............................................................ 62 2.5.1.2. Intercambiadores de Calor de Tubo en U ............................................................... 62 U2.5.1.3. Anillo de Cierre Hidrulico..................................................................................... 63 2.5.1.4. Cabezal Flotante con empaque exterior.................................................................. 64 2.5.1.5. Cabezal Flotante Interno......................................................................................... 64 2.5.1.6. Cabezal Flotante Removible .................................................................................... 65
2.5.2. INTERCAMBIADORES DE CALOR DE DOBLE TUBO ........................................................... 65 2.5.3. INTERCAMBIADORES DE CALOR ENFRIADOS POR AIRE................................................... 66
2.6. Ingeniera Conceptual.......................................................................... 67 2.6.1. DESCRIPCIN DEL PROCESO............................................................................................. 67 2.6.2. PLANO DE SIMBOLOGA. ................................................................................................... 68 2.6.3. DIAGRAMAS DE FLUJO DE LOS PROCESOS. ...................................................................... 68 2.6.4. BALANCE DE MATERIALES Y ENERGA. ........................................................................... 69 2.6.5. DIMENSIONAMIENTO Y ESPECIFICACIONES DE LOS EQUIPOS. ........................................ 71 2.6.6. PLANO DE UBICACIN DE LOS EQUIPOS. (LAYOUT). ....................................................... 76
2.7. Anlisis Econmico. ............................................................................. 76 2.7.1. VALOR PRESENTE NETO. (VPN). ..................................................................................... 77 2.7.2. TASA INTERNA DE RETORNO DEL PROYECTO. (TIR). ..................................................... 79
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2.7.3. ANLISIS DE SENSIBILIDAD............................................................................................... 80 2.8. Mapa de Variables. .............................................................................. 81
2.9. Definicin de Trminos Bsicos .......................................................... 83
CAPITULO III .................................................................................................... 87 MARCO METODOLOGICO ....................................................................................................... 87
3.1. Tipo de Investigacin ........................................................................... 87
3.2. Diseo de la Investigacin ................................................................... 88
3.3. Tcnicas e Instrumentos de Recoleccin de Datos ............................ 89
3.4. Fases Metodolgicas............................................................................. 91 3.4.1. FASE 1. ESTABLECIMIENTO DE LAS BASES Y CRITERIOS DE DISEO. ............................. 91 3.4.2. FASE 2. ELABORACIN DE LA INGENIERA CONCEPTUAL. ............................................. 92
3.4.2.1. Descripcin del Proceso. ......................................................................................... 93 3.4.2.2. Plano de Simbologa. ............................................................................................... 93 3.4.2.3. Diagramas de Flujo de Procesos............................................................................. 94 3.4.2.4. Balances de Masa y Energa. .................................................................................. 94 3.4.2.5. Dimensionamiento y Especificaciones de los Equipos. .......................................... 96 3.4.2.6. Plano de Ubicacin de los Equipos. (Layout). ........................................................ 97
3.4.3. FASE 3. ANLISIS ECONMICO......................................................................................... 98 3.4.3.1. Evaluacin del Valor Presente Neto. (VPN)........................................................... 98 3.4.3.2. Clculo de la tasa de retorno (TIR)......................................................................... 99 3.4.3.3. Anlisis de Sensibilidad. ........................................................................................ 100
CAPITULO IV .................................................................................................. 101 ANLISIS DE LOS RESULTADOS DEL DISEO DEL SISTEMA DE CONDENSACIN DE VAHOS. .................................................................................................................................. 101
4.1. Bases y Criterios de Diseo. .............................................................. 101
4.2. Ingeniera Conceptual........................................................................ 104 4.2.1. DESCRIPCIN DEL PROCESO........................................................................................... 104 4.2.2. PLANO DE SIMBOLOGA. ................................................................................................. 107 4.2.3. DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESOS. ............................................................................. 107 4.2.4. BALANCES DE MASA Y ENERGA. ................................................................................... 108 4.2.5. DIMENSIONAMIENTO Y ESPECIFICACIONES DE LOS EQUIPOS. ...................................... 109 4.2.5.1. INTERCAMBIADOR DE CALOR. ................................................................................... 109 4.2.5.2. BOMBA. ....................................................................................................................... 114 4.2.5.3. TANQUE DE RECOLECCIN. ....................................................................................... 114 4.2.6. PLANO DE UBICACIN DE LOS EQUIPOS. (LAYOUT). ..................................................... 115
4.3. Anlisis Econmico del Proyecto de Diseo del Sistema de Condensacin de Vahos. ................................................................................... 115
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4.3.1. PREMISAS AL ANLISIS ECONMICO. ............................................................................ 115 4.3.2. VALOR PRESENTE NETO (VPN). .................................................................................... 118 4.3.3. TASA INTERNA DE RETORNO DEL PROYECTO (TIR). .................................................... 119 4.3.4. ANLISIS DE SENSIBILIDAD............................................................................................. 120
CONCLUSIONES............................................................................................. 122
RECOMENDACIONES................................................................................... 124
BIBLIOGRAFIA............................................................................................... 125
ANEXOS.110
APENDICE.144
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INDICE DE FIGURAS
Figura 2.1. Proceso de Molienda de la Cebada y
Maceracin.....19
Figura 2.2. Proceso de Filtracin del
mosto.....20
Figura 2.3. Proceso de Filtracin y de Coccin del
mosto..............................21
Figura 2.4.Proceso de Sedimentacin del
mosto.............................................28
Figura 2.5. Proceso de coccin del
mosto........................................................33
Figura 2.6. Tipos diversos de recuperadores o intercambiadores a travs
de una
pared..........................................................................................................3
5
Figura 2.7. Intercambiares de contacto directo gas-liquido sin
almacenamiento de
calor.............................................................................................................
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Figura 2.8. Intercambiadores de contacto directo fluido-fluido sin
almacenamiento de
calor.................................................................................37
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Figura 2.9. Intercambiadores de calor de contacto directo fluido-fluido en
los que una fase puede disolverse en la
otra..........................................................38
Figura 2.10. Regeneradores de calor con almacenamiento de
calor................39
Figura 2.11. El tubo de calor para intercambio de calor a
distancia................40
Figura 2.12. Proceso SPHER para la recuperacin de calor de pizarras
agotadas y su transferencia a las pizarras nuevas
fras....................................42
Figura 2.13. Intercambiador de calor slido-slido en contracorriente,
que utiliza un lquido de ida y
vuelta......................................................................43
Figura 2.14. Intercambio de calor slido-slido en
contracorriente................43
Figura 4.1. Anlisis de Sensibilidad del
Proyecto..........................................101
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INDICE DE TABLAS
Tabla 4.1. Balances de Masa y Energa por
corriente......................................90
Tabla 4.2. Posibles Arreglos para el Intercambiador de Calor del Sistema
de Condensacin de
Vahos...................................................................................91
Tabla 4.3. Comparacin de los resultados de la simulacin con los
clculos
tericos.........................................................................................................
....93
Tabla 4.4. Resultados obtenidos por el lado de la carcaza para el
intercambiador de
calor....................................................................................94
Tabla 4.5. Resultados obtenidos por el lado de los tubos para el
intercambiador de
calor....................................................................................95
Tabla 4.6. Clculo de las inversiones del
proyecto..........................................98
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INDICE DE ANEXOS
ANEXO 1. Velocidades tpicas de lquidos en tuberas de
Acero.110
ANEXO 2. Tabla de Coeficientes Globales Tpicos de Transferencia de
Calor en Aplicaciones
Petroqumicas..111
ANEXO 3. Variacin del vapor perdido por tipo de cocimiento y por
mes..112
ANEXO 4. Hoja de Especificaciones del Intercambiador de
Calor..118
ANEXO 5. Plano de
Simbologa...119
ANEXO 6. Diagrama de Flujo de
Procesos..121
ANEXO 7. Plano de Identificacin de Lneas
Tuberas122
ANEXO 8. Fotos del rea de la planta donde se ubicar el
sistema..123
ANEXO 9. Factor de correccin para un intercambiador de 2 pasos por
tubo y 1 paso por
carcaza..124
ANEXO 10. Tabla de identificacin del dimetro de la carcaza y nmero
de
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tubos...
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ANEXO 11. Tabla de identificacin del dimetro de la carcaza y nmero
de
tubos...
126
ANEXO 12. Distribucin de los tubos de para un arreglo triangular
con un pitch de 1. (Tube Sheet
Layout)...127
ANEXO 13. Definiciones y tipos de intercambiadores ms comunes
segn la
TEMA...
.128
ANEXO 14. Reporte generado por la
simulacin..129
ANEXO 15. Estimacin de costos de los equipos, tuberas y
accesorios..132
ANEXO 16. Flujo de caja neto anual del
proyecto133
ANEXO 17. Anlisis de
sensibilidad.134
ANEXO 18. Clculos para la seleccin de bombas
centrifugas....135
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ANEXO 19.
Layout...136
ANEXO 20. Anexo 20. Capacidad de la Bomba vs.
TDH...137
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INTRODUCCION
La cerveza es una bebida que resulta de la fermentacin del
mosto procedente de la malta de cebada, mediante la utilizacin de
levadura cervecera. La elaboracin de la cerveza consiste en la obtencin
del mosto cervecero a travs de la maceracin de la malta, ste luego es
filtrado y cocido junto con el lpulo, y posteriormente es enfriado,
fermentado y madurado.
Los Sistemas de Condensacin de Vahos son sistemas que se
utilizan ampliamente en la industria cervecera para reducir los consumos
de energa trmica de la planta. El funcionamiento del sistema consiste
en utilizar la corriente de vapor que sale de las pailas de coccin del
mosto, hacindola pasar a travs de un intercambiador de calor con el fin
de calentar agua. De esta manera, una parte del agua caliente requerida
en los procesos de la planta, podr ser calentada sin necesidad de emplear
combustible fsil para cumplir con este fin, ayudando as, a disminuir los
costos de produccin.
Los Intercambiadores de calor son equipos bastante utilizados en
la industria, que permiten que ocurra un intercambio de calor entre dos
fluidos que se encuentran a diferentes temperaturas mediante el contacto
directo con una pared metlica en comn.
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En la Cervecera regional C.A. Planta Maracaibo, se ha
implementado una poltica de reduccin de los costos de operacin, de la
cual surge la necesidad de aprovechar las fuentes de energa ya existentes
dentro de los procesos de elaboracin de la cerveza, como lo es el vapor
que sale de las pailas de coccin. Debido a esto, el objetivo del presente
trabajo especial de grado, es disear un Sistema de Condensacin de
Vahos en el rea de Elaboracin/Cocimientos de la planta, que permita
solucionar los problemas producidos por las emisiones atmosfricas de
este vapor y al mismo tiempo disminuir el consumo de combustible en
los procesos de la planta, con el fin de reducir los costos de produccin.
Este trabajo est estructurado de la siguiente manera: en el
Captulo I, se plantea el problema y se explica la problemtica de los
procesos actuales y la justificacin de la investigacin, en el Captulo II,
trata del marco terico, en l se explica el proceso de elaboracin de la
cerveza y todas las bases tericas que fundamentan esta tesis; en el
Captulo III, marco metodolgico, se refleja el tipo de metodologa
utilizada durante la investigacin para lograr cumplir con los objetivos
planteados; en el Captulo IV, se muestran y analizan los resultados de la
investigacin; y por ultimo, se hallan las conclusiones, recomendaciones,
bibliografa, anexos y apndice.
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CAPITULO I
EL PROBLEMA
1.1. Planteamiento del problema:
En la actualidad los Sistemas de Condensacin de Vahos, son
ampliamente utilizados en la mayora de las fbricas de cerveza alrededor
del mundo, debido a los muchos beneficios que se pueden obtener
mediante la implementacin de stos.
En todo proceso de elaboracin de cerveza son varios los pasos
que se deben seguir. El primero de ellos es la trituracin de los granos de
cebada malteada en unos molinos especiales, en la etapa de la molienda.
Los granos molidos pasan a la paila de maceracin en donde se mezclan
con hojuelas de cereales y agua con la finalidad de obtener una
suspensin espesa o extracto conocido como mosto. En la paila de
filtracin se separa el mosto de la fraccin insoluble conocida como
afrecho o nepe. En la paila de coccin el mosto es llevado a su punto de
ebullicin, para as lograr su estabilidad, evaporar el exceso de agua y
desarrollar el sabor mediante la adicin del extracto de lpulo y otros
aditivos como azucares, jarabes y colorantes.
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El mosto que sale de la paila de coccin es enviado a unos
tanques Whirlpool en donde se lleva a cabo la sedimentacin de los
slidos remanentes del mosto, el mosto resultante de esta etapa es
enviado luego al enfriador, donde se enfra a una temperatura adecuada
con el fin de obtener las condiciones ideales para que la levadura
sembrada junto con aire estril a la salida del enfriador, efecte la
fermentacin.
La Fermentacin se realiza en gigantescos tanques cilindro-
cnicos de acero inoxidable o tanques de asentamiento durante un
periodo de una semana. Concluida la Fermentacin se extrae la levadura
y se inicia el proceso de Maduracin. En esta etapa, ya no se habla de
mosto sino de cerveza joven o verde. El proceso de Maduracin dura
aproximadamente dos semanas, etapa durante la cual la cerveza todava
no est lo suficientemente brillante y por eso necesita ser filtrada. En los
filtros se clarifica la cerveza, la cual al final de este proceso, es enviada a
los Tanques de Gobierno. La cerveza una vez colocada en los Tanques
de Gobierno, est lista para ser envasada, concluyendo as el proceso de
elaboracin de la cerveza.
Durante todas estas etapas de elaboracin de la cerveza se
consumen elevadas cantidades de energa trmica, ya sea para mantener
las temperaturas adecuadas en las diferentes etapas, especialmente en la
de coccin del mosto donde se presentan los ms altos consumos
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energticos de una cervecera, o para calentar el agua de procesos. El
agua de procesos puede tener diversos usos, entre los cuales destaca su
utilizacin como ingrediente principal en la elaboracin de la cerveza.
sta tambin puede ser empleada en la pasteurizacin de las botellas o
como agua de riego en la etapa de filtracin.
De esta manera, los Sistemas de Condensacin de Vahos se
emplean para reducir los consumos energticos de las plantas cerveceras
mediante la recuperacin del calor contenido en el vapor que sale de las
pailas de coccin, producto de la evaporacin del exceso de agua. De
acuerdo con este tipo de sistemas, dicho vapor tambin llamado Vahos,
se hace pasar a travs de un intercambiador de calor en donde su energa
trmica pueda ser aprovechada para calentar una corriente de agua, la
cual una vez elevada su temperatura pueda ser utilizada en las diversas
reas de la planta anteriormente mencionadas.
La situacin actual de las Pailas de Coccin en el rea de
Elaboracin/ Cocimientos de la Cervecera Regional C.A., en la Planta
Maracaibo, requiere la implementacin de un Sistema de Condensacin
de Vahos, debido a que el agua evaporada durante la etapa de coccin del
mosto, se disipa a la atmsfera ocasionando problemas de contaminacin
ambiental en el rea donde esta situada la planta. Adems, es importante
destacar que al dejar escapar este vapor se desperdicia una importante
fuente de energa trmica que podra ser aprovechada para reducir los
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altos consumos energticos en otras etapas de los procesos de
fabricacin, como es el caso del calentamiento de agua.
Actualmente, para calentar el agua de procesos de la Cervecera
Regional C.A., en la Planta Maracaibo, se emplean grandes calderas que
trabajan con gasoil, combustible fsil de alto costo que juega un papel
importante en la generacin de la energa trmica requerida por la planta.
Los crecientes costos de la energa, y especficamente del gasoil, tienen
importantes efectos sobre los costos de manufactura. Por lo tanto una
forma lgica de reducir los costos de energa, es la reutilizacin de la
misma siempre que sea posible.
En este sentido, la presente investigacin propone el diseo un
Sistema de Condensacin de Vahos que permita calentar agua
aprovechando la energa trmica del vapor que sale de las pailas, y de
esta manera reducir los gastos por concepto de compra de combustible
fsil, contribuyendo as con la reduccin de los costos de produccin de
la empresa.
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1.2. Formulacin del Problema:
Con la finalidad de reducir los costos de la empresa en cuanto a
la compra de combustible fsil utilizado para el calentamiento de agua, se
propone la posibilidad de aprovechar la energa del vapor producida en la
etapa de coccin del mosto, para calentar agua de procesos a travs de un
sistema de condensacin diseado tomando en cuenta las variables
involucradas en el proceso y su impacto econmico. Se plantea entonces
disear un Sistema de Condensacin Vahos para el Departamento de
Elaboracin/Cocimientos de la Cervecera Regional C.A. en la Planta
Maracaibo, mediante el cumplimiento de los objetivos que se describen a
continuacin.
1.3. Objetivos:
1.3.1. Objetivo General:
Disear un Sistema de Condensacin de Vahos para el
Departamento de Elaboracin/Cocimientos de la Cervecera Regional
C.A. en la Planta Maracaibo.
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1.3.2. Objetivos Especficos:
1. Establecer las bases y criterios de diseo del Sistema de
Condensacin de Vahos.
2. Elaborar la ingeniera conceptual del Sistema de
Condensacin de Vahos.
3. Determinar la factibilidad econmica del diseo del Sistema
de Condensacin de Vahos.
1.4. Justificacin de la Investigacin:
Las razones para el desarrollo de esta investigacin vienen dadas
por la existencia de un alto consumo de combustible fsil (gasoil) como
fuente de energa calrica para el calentamiento de agua de procesos en la
Cervecera Regional C.A. en la Planta Maracaibo, lo cual incide sobre los
costos de produccin.
Considerando que el vapor disipado a la atmsfera en la salida de
las pailas de coccin, producto de la evaporacin de agua ocurrida
durante el periodo de calentamiento del mosto cervecero, podra ser
utilizado para calentar algn otro fluido como por ejemplo el agua, la
instalacin de un Sistema de Condensacin de Vahos en el rea de
Elaboracin/Cocimientos de la Cervecera, proporcionara una solucin
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idnea a los problemas del alto consumo de combustible en el rea de las
calderas donde se calienta actualmente el agua de procesos de la planta.
Al mismo tiempo, la implementacin de este tipo de sistemas
reduce la contaminacin ambiental resultante de las emisiones de vapor a
la atmsfera y de los malos olores asociados.
Por esta razn la Empresa ha considerado la posibilidad de
disear un Sistema de Condensacin de Vahos que le permita aprovechar
la fuente de energa calrica existente en la corriente de vapor que sale de
las pailas de coccin y as poder calentar al menos una parte del agua de
procesos necesaria en la planta, sin necesidad de utilizar gasoil para
cumplir con ste fin.
De esta manera al disminuir el consumo de combustible para el
calentamiento del agua de procesos de la Cervecera Regional C.A., en la
Planta Maracaibo, se logra una importante reduccin en los costos de
operacin de la planta.
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1.5. Delimitacin de la Investigacin:
La investigacin se llevo a cabo en el Departamento de
Elaboracin/Cocimientos de la Cervecera Regional en la Planta
Maracaibo, ubicada en el Municipio Maracaibo del Estado Zulia.
El periodo de duracin de este trabajo especial de grado es de
ocho (8) meses, desde el mes de Septiembre del 2004 hasta el mes de
Abril del 2005.
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CAPITULO II
MARCO TEORICO
2.1. Antecedentes:
En junio de 2003, Marney Vargas present un Trabajo Especial
de Grado para optar al titulo de Ingeniero Qumico en la Universidad
Rafael Urdaneta, titulado Paquete de Diseo para el reemplazo de los
Enfriadores del Bloque A-1 del Sistema de Vapor de Baja Presin del
CRP-Cardn por un Intercambiador de Calor de Carcaza y Tubo.
El objetivo de esta investigacin fue desarrollar el paquete de descripcin
del proceso, con la intencin de mejorar y optimizar el desempeo del
sistema. La simulacin se hizo con SIMULINK, que es un paquete de
Software que se utiliza para modelar, simular y analizar sistemas
dinmicos. Una vez realizada la simulacin se demostr que la propuesta
de sustituir los enfriadores de aire (fin-fan coolers) por un intercambiador
de calor de carcaza y tubo, en efecto proporcionara mejoras al sistema de
operacin debido a que se lograra un mejor control de la presin del
sistema al reducirse la frecuencia y variacin de los caudales de vapor
venteados.
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En octubre de 2003, el Ing. Rodolfo Pierini Peralta present ente
la Facultad de Ingeniera de la Universidad Rafael Urdaneta un Trabajo
Especial de Grado para optar al titulo de Ingeniero Qumico, titulado
Diseo y Simulacin de un Intercambiador de calor para la
corriente de fondo de la Columna de Etileno en Modo Octeno de la
Planta de Polietileno Lineal de Polinter C.A.. Esta investigacin tuvo
como objetivo disear y simular el intercambiador de calor que se
necesitaba en la Planta de Polietileno Lineal de Polinter C.A. ubicada en
el Complejo Petroqumico El Tablazo, en el Estado Zulia.
La simulacin se realiz en la empresa Simulation Sciences Inc.
empleando el paquete de simulacin PRO-II versin 5.61 y utilizando el
modelo termodinmico de Chao-Seader. Se concluy que la columna de
Etileno, al emplear el intercambiador de calor que usa en la corriente de
alimentacin como fluido de refrigeracin, present una disminucin de
43,5% en el calor suministrado por el rehervidor de la columna,
generando mayores beneficios econmicos a la planta.
En Noviembre del 2004, Karin Vlchez Pulgar y Nataly Rincn
Bracho, presentaron ante La Universidad del Zulia un Trabajo Especial
de Grado, para optar al Titulo de Ingenieros Qumicos, titulado
Determinacin de los Parmetros de Transferencia de Masa de un
Proceso de Filtracin de Mosto de Cerveza, realizado en la
Cervecera Regional, Planta Maracaibo. En ste, se evalu y simul el
proceso de filtrado de mosto en la elaboracin de cerveza, para
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determinar los parmetros de transferencia de masa involucrados en el
proceso: viscosidad, permeabilidad, porosidad del lecho y dimetro
promedio de la partcula. Se recolectaron doce muestras de mosto de
ocho cocimientos, cuatro para cada uno de los filtros que se encuentran
en la C.A. Cervecera Regional. A partir de los datos muestreados y
realizando los clculos necesarios, se determin el Coeficiente de
Difusin para cada cocimiento.
La simulacin del proceso de filtracin, buscando la
minimizacin de la funcin objetivo de la concentracin de slidos
disueltos en el lquido filtrado, se implement con el uso de los paquetes
matemticos MATLAB y MATHCAD. De los resultados obtenidos se
observa que la viscosidad del mosto aumenta en la primera etapa de
filtracin y disminuye en la segunda etapa del proceso. La permeabilidad
y por tanto la porosidad del lecho disminuyen a medida que transcurre la
filtracin. Los resultados del coeficiente de difusin se encuentran en el
orden esperado para la geometra de partcula planar. Por otra parte, se
encontr que el modelo de simulacin, a pesar que satisface las
tendencias de los datos experimentales y los errores estn en el orden de
10-3, los parmetros de transferencia de masa son diferentes a los
reportados en la literatura.
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2.2. Descripcin General del Proceso:
2.2.1. La Cerveza:
La cerveza es una bebida resultante de fermentar, mediante
levadura seleccionada, el mosto procedente de la malta de cebada, sola o
mezclada con otros productos amilceos transformables en azcares por
digestin enzimtica, sometida previamente a un proceso de coccin y
aromatizacin con flores de lpulo, bien utilizando sus extractos y/o sus
concentrados. Su graduacin alcohlica no ser inferior al 3% en masa y
el extracto seco primitivo no ser inferior al 11% en masa. En La
Cervecera Regional la fabricacin de la cerveza consiste en producir
mediante una infusin de harina de cebada malteada, un mosto azucarado
que posteriormente es fermentado y lupulado hasta obtener un producto
de ptima calidad.
2.2.2. Materia Prima:
Para la obtencin de la cerveza se necesitan 4 ingredientes
importantes:
a) Agua
b) La Cebada Malteada
c) El Lpulo
d) La Levadura
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2.2.2.1. El Agua:
Las caractersticas del agua de fabricacin influyen
determinantemente en la calidad de la cerveza, hasta el punto de que la
mayora de los tipos mas conocidos de estas, la Pilsen, la Munich, la Pale
Ale de Burton-on-Trent, etc., han estado desde siempre muy ligados a la
naturaleza especial del agua de las localidades en las cuales tuvieron su
origen. En la actualidad las cosas han cambiado, gracias a los
conocimientos adquiridos sobre la influencia de las sales en la
fabricacin y a los mtodos de correccin de aguas, se puede adaptar
cualquier agua a cualquier tipo de cerveza que se desee realizar.
2.2.2.2. La Cebada:
La cebada de la especie Hordeum vulgare L. sensu lato que es un
miembro de la tribu Triticeae de la familia Gramineae, cuyo cultivo se da
en las zonas templadas, es uno de los ingredientes claves en la
produccin de la cerveza. La cebada, como tal, no produce un extracto
fermentable por la levadura. El grano debe sufrir un comienzo de
germinacin para que se produzcan las enzimas que toman un papel
principal en la elaboracin de la cerveza. Este proceso se conoce con el
nombre de malteado. La cebada malteada pasa a travs de un proceso de
maceracin en el cual libera enzimas que atacan el contenido del grano
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que es rico en almidn, llamado endospermo, y lo disuelven en el agua a
la vez que lo convierten en molculas ms pequeas como glucosa,
maltosa entre otras.
2.2.2.3. El Lpulo:
El lpulo, cuyo nombre botnico es Humulus lupulus, es una
planta trepadora, dioica, perteneciente a la familia Urticaceae. En
cervecera se usan las flores femeninas, agrupadas en inflorescencias
llamadas conos; cada cono esta formado por una serie de flores
protegidas cada una por una brctea y dispuestas en zigzag a lo largo de
un eje. En la base de cada brctea se encuentra un polvo amarillo, la
lupulina, que contiene las resinas amargas y aceites esenciales que sirven
para aromatizar la cerveza y comunicarle su amargor caracterstico. Estas
resinas pueden ser solubles o insolubles, estas ltimas se pueden hacer
pasar por un proceso de isomerizacin para transformarlas en productos
solubles. El lpulo puede venir en diversas presentaciones; en extracto
(que puede ser isomerizado y/o reducido, o natural), y en polvo (Pellets).
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2.2.2.4. La Levadura:
Las levaduras son hongos unicelulares. El trmino levadura se
aplica a un concepto que se ha desarrollado a travs de la historia y que
cubre un grupo heterogneo y poco definido de organismos.
Estas levaduras, llamadas levaduras cerveceras, pertenecen al
gnero Saccharomyces, especies; cerevisiae y uvarum. Desde finales del
pasado siglo, salvo contadas excepciones, en cervecera se utiliza la
tcnica de cultivo puro, mediante la cual la levadura se desarrolla en el
laboratorio a partir de un pequeo nmero de clulas para as obtener una
variedad o cepa perfectamente definida.
La levadura cervecera es un ingrediente sumamente importante
en el proceso de fabricacin de la cerveza, ya que es la encargada de
transformar los azcares liberados durante el proceso de maceracin en
alcohol y dixido de carbono, propiedades que caracterizan a esta bebida
tan particular.
2.2.3. La Molienda:
La cebada malteada, as como los adjuntos, requieren ser
molidos, para as liberar las sustancias contenidas en el cuerpo harinoso
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del grano y hacerlas accesibles al ataque de las enzimas. Aunque una
molienda lo ms fina posible seria lo ms favorable desde el punto de
vista de la transformacin bio-qumica y rendimiento del grano, deber
por supuesto adecuarse cada molienda a cada proceso de filtracin.
2.2.4. Maceracin:
La maceracin es un proceso de extraccin slido/lquido en el
que se disuelven la mayor cantidad de substancias solubles en agua de la
cebada malteada y de los adjuntos con la finalidad de obtener un extracto.
Este extracto es la cantidad de material disuelto medido en equivalentes
de sacarosa: 1g sacarosa/100 g de lquido = 1% Plato. Existen tantos
mtodos de maceracin como cerveceras en el mundo, ciertas reglas
bsicas deben ser observadas. De la maceracin depende en gran parte la
composicin del mosto, as como el tipo de cerveza que se va a elaborar.
Los factores que afectan la calidad de la maceracin son: el pH
de la mezcla, la composicin del agua, los iones minerales y el programa
de tiempo y temperatura del proceso.
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Fuente: http://www.krombacher.com/
Fig. 2.1. Proceso de Molienda de la Cebada y Maceracin
2.2.5. Filtracin del Mosto:
La filtracin comienza al bombear la malta remojada proveniente
del macerador con una temperatura de 75C a 78C, a la cuba filtrante,
donde se separan las partculas slidas que contiene la malta remojada
(las cascarillas y restos del grano), de las lquidas.
Al lograrse esta separacin fsica, el resultado es una especie de
agua azucarada llamada mosto. Este lquido fluye de la cuba filtrante con
sus valiosos componentes para luego acceder seguidamente a la caldera
de mosto.
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En la siguiente figura se muestra una cuba filtrante o paila de
filtracin, el mosto es el lquido ms claro y pasa a travs del lecho del
filtro, que se representa en el dibujo con un color ms oscuro y esta
compuesto por los restos del grano y las cascarillas.
Fuente: http://www.krombacher.com/
Fig. 2.2. Proceso de Filtracin del mosto.
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2.2.6. Coccin del Mosto:
La coccin del mosto es una operacin relativamente sencilla de
por s, pero presenta una cantidad de interacciones complejas de los
componentes del mosto que influyen en la calidad de la cerveza.
Fuente: http://www.krombacher.com/
Fig.2.3. Proceso de Filtracin y de Coccin del mosto.
Los objetivos que se persiguen mediante la ebullicin del mosto
son los siguientes:
a) Estabilizacin
b) Desarrollo del sabor
c) Concentracin
d) Eliminacin del bagazo del lpulo
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2.2.6.1. Estabilizacin:
La ebullicin del mosto representa mucho ms que una simple
elevacin de la temperatura del mosto. El proceso de coccin
proporciona estabilidad al mosto en el mbito biolgico, bioqumico,
coloidal y en cuanto a sabor.
El mosto que ingresa a la olla podra contener bacterias
resistentes al calor. Una ebullicin que dure quince minutos a un pH de
5.2 es suficiente para esterilizar al mosto. Las cualidades antispticas del
lpulo contribuyen tambin a la esterilizacin.
Aunque la practica habitual de elevar la temperatura al final de la
maceracin basta normalmente para desactivar las enzimas restantes, la
ebullicin destruir eficazmente la alfa-amilasa, que es la nica enzima
que puede haber sobrevivido. Esto evitar cualquier descomposicin
continua e imprevista de dextrinas en etapas posteriores.
Con el objeto de mejorar la estabilidad, deben eliminarse tambin
las protenas coloidales inestables mediante coagulacin trmica, con la
precipitacin y eliminacin subsiguientes. Esto se logra con una
ebullicin vigorosa del mosto, cuya duracin debe oscilar entre 75 y 120
minutos, dependiendo del tipo de paila.
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2.2.6.2. Desarrollo del Sabor:
El principal aporte de sabor del lpulo a la cerveza es un amargor
seco, limpio, no duradero, que se debe principalmente a los cidos
isoalfa. Los cidos isoalfa son fuertemente tenso activos y contribuyen a
la estabilidad de la espuma, poseen ligeros efectos bacteriostticos.
El lpulo debe aadirse a la paila despus de un breve periodo de
ebullicin, es decir luego que se haya formado el coagulo caliente
inicial.
Los cambios de sabor diferentes a los producidos por el lpulo,
se deben a la formacin de melanoidinas y a la eliminacin de los
compuestos voltiles del sabor derivados de la cebada y el proceso de
malteo.
Durante la ebullicin, algunos aminocidos quedan destruidos,
especialmente la cistina y la cistena. Estos compuestos, si no se
destruyen, representan una fuente de azufre para la produccin de cido
sulfhdrico por la levadura.
Aunque el ingrediente vital y ms influyente para el desarrollo
del sabor es el lpulo, existen otros aditivos que pueden clasificarse tanto
como agentes clarificantes, como desarrolladores de sabor.
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Si se aade cloruro de sodio (sal comn) o cloruro de calcio a la
paila de coccin, se produce una cerveza de sabor ms rico y completo.
Si se agrega yeso, este reducir el pH, producindose un amargor del
lpulo ms agradable y podr ser necesario para asegurar un exceso de
calcio que impida el desarrollo posterior de velo de oxalato.
Los azcares, jarabes y colorantes de caramelo, aunque no son
especficamente materiales estabilizantes, reducen la concentracin de
compuestos nitrogenados y de acuerdo a su naturaleza pueden desarrollar
sabores.
2.2.6.3. Concentracin
Ya que la cantidad de agua que debe usarse para hacer la masa y
filtrar el extracto normalmente produce mosto de una densidad menor a
la deseada, debe concentrarse mediante la evaporacin. Para lograr la
densidad requerida dentro de un plazo razonable, la ebullicin debe ser
vigorosa. Una evaporacin que evapore entre un 5 y 10 % del volumen
del mosto en 1 hora, se considera satisfactoria.
Algunos cerveceros encuentran conveniente llenar la paila hasta
obtener un volumen fijo y concentrar el mosto hasta lograr un segundo
volumen. Este mtodo requiere que el rendimiento de materiales,
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porcentajes y plazos de evaporacin sean razonablemente constantes, de
manera que la mezcla subsiguiente de cocimientos iguale las ligeras
variaciones de densidad.
2.2.6.4. Eliminacin del Bagazo o del Lpulo
La utilizacin del lpulo entero no procesado se redujo
rpidamente en las ltimas dcadas, siendo reemplazado por el extracto
lquido de lpulo y el lpulo peletizado, de manera que esta
desapareciendo rpidamente el uso de coladores o separadores de lpulo.
No obstante, la utilizacin de pellets plantea el problema de la
eliminacin del residuo extremadamente fino. Afortunadamente el tanque
de remolino Whirlpool ofrece un mtodo adecuado para la separacin del
bagazo del lpulo.
2.2.6.5. Transformaciones que Ocurren durante la Coccin
Existen transformaciones tanto fsicas como qumicas que tienen
lugar durante la coccin del mosto, algunas son deseables, mientras que
otras deben evitarse por su efecto negativo en la calidad de la cerveza.
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2.2.6.6. Transformaciones Fsicas
Durante la ebullicin se debe establecer un plazo de tiempo que
d como resultado una mejor coagulacin, ya que una ebullicin
prolongada puede precipitar una mayor cantidad de materiales finos, pero
tambin podra disolver parte del coagulo que ya se ha formado.
Tambin es necesario mezclar de forma completa el mosto para
mantener una temperatura uniforme en toda la olla de coccin, ya que de
otra manera se desarrollaran sitios con mayor temperatura cerca de la
superficie de calentamiento, produciendo la caramelizacin del mosto.
2.2.6.7. Transformaciones Qumicas
Entre las transformaciones qumicas ms importante que se dan
durante la coccin se encuentra la precipitacin de las protenas. Se cree
que la presencia de oxigeno en el mosto inhibe la coagulacin y
precipitacin de la protena, no obstante, los taninos se oxidan y
precipitan en presencia del aire. La adicin de agentes reductores tales
como el sulfito, favorecen la coagulacin de protenas.
El pH tiene influencia en el estado fsico de la coagulacin. A
menor pH, los grumos forman grupos mucho mayores, que se
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sedimentaran mejor y dejarn un mosto ms claro. La reaccin que se
produce entre el calcio del agua y los fosfatos reduce el pH, lo cual ayuda
a precipitar las protenas. A veces, si el pH no se reduce suficientemente,
puede aadirse cidos directamente a la paila al comenzar la ebullicin.
Pueden usarse los siguientes cidos: sulfrico, que da una cerveza de un
sabor mas seco; clorhdrico o lctico, para producir un sabor mas lleno.
Hay que tener en cuenta que la reduccin del pH del mosto reducir la
cantidad de amargor que produce el lpulo, por lo que puede resultar
necesario un ligero aumento en el porcentaje de lpulo. Por el contrario,
un pH ms elevado del mosto aumentar la utilizacin del lpulo, pero el
amargor resultante ser spero, si todos los dems elementos permanecen
iguales.
2.2.7. Sedimentacin de Slidos del Mosto
La separacin de los slidos del mosto o trub, es un paso
sumamente importante, ya que las partculas de trub de 0,58-500 m
ensucian la levadura, dificultan la fermentacin y pueden obstaculizar la
decoloracin y la desresinificacin del producto de fermentacin. Las
consecuencias son: cervezas duras y desequilibradas. Adems, los cidos
grasos contenidos en las partculas de trub pueden perjudicar la
estabilidad organolptica de la cerveza.
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Fuente: http://www.krombacher.com/
Fig.2.4. Proceso de Sedimentacin del mosto.
2.2.8. Enfriamiento del Mosto
En esta etapa el mosto estabilizado y esterilizado se enfra a una
temperatura apropiada para luego realizar la siembra de levadura, y as
iniciar el proceso de fermentacin. Este enfriamiento esta acompaado de
fenmenos que influyen sobre la fermentacin, clarificacin, sobre el
sabor y la estabilidad de la cerveza.
Durante esta etapa se airea el mosto ya que la levadura necesita
oxgeno para realizar sus procesos metablicos y actuar correctamente en
la etapa aerbica del proceso.
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2.2.9. Fermentacin y Reposo
El mosto enfriado es depositado durante aproximadamente siete
(7) das en tanques de forma cilindro-cnica o tanque de asentamiento,
donde tiene lugar la fermentacin para lo cual se inyecta la levadura, que
convierte los azcares fermentables del mosto en alcohol y dixido de
carbono.
La levadura asentada en los tanques (fermentacin de fondo) se
recoge para utilizarla en fermentaciones futuras. El producto que aqu se
obtiene se conoce como cerveza joven, no ha desarrollado su sabor
caracterstico y es turbia por la presencia de resinas del lpulo, protenas
slidas y clulas de la levadura principalmente. En estos mismos tanques
despus de la fermentacin se pasa a la etapa de reposo donde se produce
una clarificacin de la cerveza, una sedimentacin de la levadura, as
como la obtencin de gran parte de las caractersticas organolpticas que
se desean y el mosto transita hacia otros tanques para que se inicie la fase
de maduracin.
2.2.10. Maduracin
El proceso de maduracin dura aproximadamente dos semanas.
La cerveza que se filtra se lleva a tanques de maduracin donde la misma
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refinar su sabor por la eliminacin de ciertos compuestos voltiles de
azufre, as como la obtencin de su cuerpo y espritu; la temperatura
durante esta etapa es de alrededor de 0 C.
2.2.11. Filtrado
Luego del periodo de maduracin, la cerveza se filtra para
eliminar los slidos y clulas restantes de levadura, y proporcionarle el
brillo y color caractersticos. El proceso de filtracin se realiza mediante
un equipo que utiliza tierras diatomeas como lecho filtrante.
En esta etapa del proceso, se ajusta el contenido de gas carbnico
para obtener los niveles ptimos y lograr una sensacin refrescante,
apetecible y una buena formacin de espuma. Al final de este proceso la
cerveza se enva a los tanques de gobierno.
2.2.12. Envasado
a) Llenado: De los tanques de gobierno, a travs de mltiples
conexiones, la cerveza recorre la distancia que separa los tanques
hasta las mquinas llenadoras de las diferentes lneas de envasado.
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Las botellas se centran en las vlvulas de llenado. Un control
electrnico vigila que los envases cumplan el nivel de llenado
preestablecido. Para eliminar el aire del cuello de la botella se
obliga a un espumado de la cerveza justo antes de llegar a la
tapadora, donde es sellada hermticamente.
b) Pasteurizacin: La cerveza envasada entra al pasteurizador donde
ratifica su condicin de cerveza biolgicamente estable y prosigue
a su empaque.
c) Distribucin: el producto se distribuye al mercado local, nacional
y/o internacional, segn sea el caso.
2.3. Sistema de Condensacin de Vahos. El Sistema de Condensacin de Vahos en la etapa de coccin del
mosto se encuentra entre los tipos de Tecnologas de Procesos
Energticamente Eficientes mas utilizados en las cerveceras hoy en da,
la implementacin de estas tecnologas puede realizarse en las diversas
etapas de elaboracin de la cerveza logrando reducir significativamente
los consumos energticos requeridos por el proceso. El Sistema de
Condensacin de Vahos tiene gran aceptacin a nivel mundial y permite
recuperar la energa trmica perdida en el vapor que sale de las pailas de
coccin (Vahos) y aprovecharlo para calentar agua de procesos y as
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conseguir un ahorro significativo en el proceso de elaboracin de la
cerveza. (Segn Gutirrez, 1999).
Esta tecnologa de proceso requiere del almacenamiento del calor
debido a la discontinuidad del proceso. El ahorro de energa medio se
estima en unos 19MJ/Hl de mosto producido.
Entre sus aplicaciones ms comunes se encuentra el
precalentamiento indirecto del mosto durante su transferencia desde la
paila de filtracin hasta paila de coccin utilizando el calor recuperado en
forma de agua caliente a 80C, como agua de riego en la etapa de
filtracin del mosto, tambin se puede utilizar como agua caliente de
procesos a 80C para servicios de fbrica.
Su implantacin requiere necesariamente un condensador o
intercambiador de calor que condense el vapor que sale de las pailas, un
tanque de acumulacin de agua caliente y un tanque de almacenamiento
de condensado como equipos principales. Al mismo tiempo permite
reducir las emisiones a la atmsfera as como los malos olores asociados,
generando un condensado con contaminacin orgnica que se puede
enviar a la planta de tratamientos de aguas residuales y ser utilizada como
agua de servicios, entre otros usos.
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En la Fig. 2.5 que se muestra a continuacin, se representa a
travs de un diagrama de flujo sencillo el proceso de coccin del mosto y
el Sistema de Condensacin de Vahos.
Fuente: http://www.alfalaval.com/
Fig. 2.5. Proceso de coccin del mosto
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2.4. Introduccin a los Intercambiadores de Calor
O. Levenspiel en 1996, define a los intercambiadores de calor
mediante la siguiente expresin: Los intercambiadores son aparatos para
transferir calor desde una corriente fluida caliente a una corriente fluida
fra. Igualmente el autor clasifica a los intercambiadores en tres grandes
grupos:
a) el recuperador o intercambiador a travs de una pared sin
almacenar calor;
b) el intercambiador de contacto directo sin almacenar calor;
c) el regenerador, acumulador o intercambiador con almacenamiento
de calor.
El tipo a escoger en cada situacin depende en gran parte de la
naturaleza de las fases presentes, gas-gas, gas-lquido, gas-slido,
lquido-lquido, lquido-slido, slido-slido, y de la solubilidad mutua
de dichas fases.
2.4.1. Recuperadores (Intercambiadores a travs de una Pared sin Almacenamiento de Calor)
En los recuperadores las dos corrientes circulantes estn
separadas por una pared y el calor tiene que pasar a travs de esta pared.
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Se han utilizado muchos modelos diferentes y una serie de ellos se
estudiar en los captulos posteriores. En la Fig.2.6 se indican los
esquemas de algunos de estos numerosos modelos diferentes.
Los recuperadores son ciertamente menos eficaces que los
intercambiadores de contacto directo, ya que la presencia de la pared
estorba el flujo de calor. Pero este tipo de intercambiador se utiliza
cuando los fluidos no pueden ponerse en contacto directo, como sistemas
gas-gas, lquidos miscibles, slidos solubles o productos reactivos.
Fuente: O. Levenspiel, 1996.
Fig.2.6. Tipos diversos de recuperadores o intercambiadores a travs de una
pared
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2.4.2. Intercambiadores de Contacto Directo sin Almacenamiento de Calor
En los intercambiadores de contacto directo sin almacenamiento
de calor las corrientes contactan una con otra ntimamente, cediendo la
corriente ms caliente directamente su calor a la corriente ms fra. Este
tipo de intercambiador se utiliza naturalmente cuando las dos fases en
contacto son mutuamente insolubles y no reaccionan una con otra. Por
consiguiente, no puede utilizarse con sistemas gas-gas.
Fuente: O. Levenspiel, 1996.
Fig.2.7. Intercambiares de contacto directo gas-liquido sin
almacenamiento de calor
Los intercambiadores de calor de contacto directo son de tres
amplios tipos. En primer lugar, se tienen los intercambiadores gas-slido.
En la Fig.2.7 se muestran diversas formas de los mismos.
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A continuacin se tiene los intercambiadores fluido-fluido, en los
que los dos fluidos en contacto son mutuamente inmiscibles. En la
Fig.2.8 se muestran algunos esquemas.
Fuente: O. Levenspiel, 1996.
Fig.2.8. Intercambiadores de contacto directo fluido-fluido sin almacenamiento
de calor.
Finalmente, no siempre es necesario que los dos fluidos en
contacto sean mutuamente insolubles, y la Fig.2.9 muestra
intercambiadores donde uno de los fluidos circulantes se disuelve en el
otro. En particular, en los sistemas aire-agua el intercambiador de
contacto directo es de gran importancia ya que justo una de las fases
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(agua) se disuelve, o evapora, en la otra fase (aire). La torre de enfria-
miento de agua, mostrada en la Fig.2.9, es un ejemplo de este tipo, y de
hecho, representa el tipo ms ampliamente utilizado de intercambiador de
calor en la industria.
El tratamiento adecuado de este tipo de intercambiador requiere
la utilizacin de los mtodos de transferencia simultneamente de calor y
materia, y va ms all del objetivo de este volumen. El lector interesado
puede acudir a Fair (1972a; 1972b) y a muchos libros estndar sobre
operaciones unitarias para ampliar el tema.
Fuente: O. Levenspiel, 1996.
Fig.2.9. Intercambiadores de calor de contacto directo fluido-fluido en los que
una fase puede disolverse en la otra.
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2.4.3. Regeneradores (Intercambiadores a travs de una Pared con Almacenamiento de Calor)
En los regeneradores una corriente caliente de un gas transfiere
su calor a un compuesto intermedio, normalmente un slido, que
posteriormente cede este calor almacenado a una segunda corriente de un
gas fro. Existe una serie de diferentes maneras de hacer esto, como se
muestra en la Fig.2.10.
Fuente: O. Levenspiel, 1996.
Fig.2.10. Regeneradores de calor con almacenamiento de calor:(a) los slidos que
almacenan calor estn quietos;(b) los slidos que almacenan el calor circulan
entre las corrientes caliente y fra.
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2.4.4. Intercambiadores de Calor que Utilizan una Corriente de Ida y Vuelta
En una serie de situaciones difciles o cuando los dos puntos que
deben intercambiar calor estn bastante distanciados, puede utilizarse una
tercera corriente de ida y vuelta para tomar el calor a la corriente caliente
y a continuacin cederlo a la corriente fra. Esta corriente de ida y vuelta
puede ser de partculas slidas o de un fluido.
A. El tubo de calor para intercambio de calor a distancia El tubo de calor transporta calor muy eficazmente desde un lugar
a otro, y puesto que la resistencia principal a la transmisin de calor est
en los dos extremos del tubo, donde el calor se toma y se cede, se utilizan
normalmente tubos con aletas en estas zonas, como se muestra en la
Fig.2.11. El fluido del tubo que hierve en un extremo y condensa en el
otro acta transportando el calor con una circulacin de ida y vuelta.
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Fuente: O. Levenspiel, 1996.
Fig.2.11. El tubo de calor transfiere calor desde un sitio a otro, con frecuencia
bastante apartado.
Ejemplos del uso de tubos de calor son la recuperacin del calor
almacenado en la calefaccin domstica solar, en las cpsulas espaciales
como un medio de transferir calor desde el lado caliente (encarado al sol)
al lado fro de la cpsula, y en microelectrnica y equipo hi-fi (alta
fidelidad) para extraer el calor desde los componentes crticos y disiparlo
en el aire, evitando por tanto sobrecalentamientos. Finalmente, cerca de
100000 tubos de calor se colocarn en los soportes del oleoducto de
Alaska, para evitar que el calor alcance los cimientos de los soportes que
hubieron de situarse en suelo permanentemente congelado.
B. Transmisin de calor slido-slido
Conseguir un intercambio de calor en contracorriente de gases y
lquidos no es problema, pero para dos corrientes de slidos no es un
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caso fcil. La Fig.2.12 muestra una propuesta que utiliza un slido
portador que se recircula y que desciende en contracorriente a dos slidos
en dos lechos fluidizados separados. Es una operacin compleja, y el
retromezclado vigoroso de slidos en los lechos fluidizados produce
severas desviaciones del ideal deseado de flujo en pistn en
contracorriente de los slidos.
Fuente: [J.E.Gwyn et al., Chem.Eng.News, Pg. 42, 1980] citado por O.
Levenspiel, 1996.
Fig.2.12. Proceso SPHER para la recuperacin de calor de pizarras agotadas (en
su contenido de hidrocarburos) y su transferencia a las pizarras nuevas fras. Se
trata de un intercambio de calor slido-slido en contracorriente, que utiliza una
tercera corriente de slidos como elemento transmisor de ida y vuelta.
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Otra manera ms sencilla de resolver el intercambio de calor en
contracorriente de dos corrientes de slidos es utilizar una corriente
lquida de ida y vuelta, como se muestra en la Fig. 2.13.
Fuente: O. Levenspiel, 1996.
Fig.2.13. Intercambiador de calor slido-slido en contracorriente, que
utiliza un lquido de ida y vuelta.
Otra solucin utiliza tubos de calor altamente eficaces en una
disposicin cruzada que proporciona una transmisin de calor en
contracorriente. En la Fig.2.14 se muestra el esquema correspondiente.
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Fuente: [O. Levenspiel y R.T.Chan, U.S. Pat. No. 4408656,1996]
Fig.2.14. Intercambio de calor slido-slido en contracorriente que utiliza tubos
de calor adecuadamente dispuestos como elementos de ida y vuelta.
2.5. Tipos de Intercambiadores de Calor
El proceso de intercambio de calor entre dos fluidos que estn a
diferentes temperaturas y separados por una pared slida, ocurre en
muchas aplicaciones de ingeniera. El dispositivo que se utiliza para
llevar a cabo este intercambio se denomina intercambiador de calor, y las
aplicaciones especficas se pueden encontrar en calefaccin de locales y
acondicionamiento de aire, produccin de potencia, recuperacin de calor
de desecho y algunos procesamientos qumicos.
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2.5.1. Intercambiadores de Calor de Carcaza y Tubos
Los intercambiadores del tipo carcaza y tubo constituyen la parte
ms importante de los equipos de transferencia de calor sin combustible
en las plantas de procesos qumicos, aun cuando se est haciendo cada
vez mayor hincapi en otros diseos.
2.5.1.1. Intercambiadores de Calor de Cabezal Fijo
Los intercambiadores de cabezal fijo se utilizan con mayor
frecuencia que los de cualquier otro tipo y la frecuencia de su utilizacin
se ha incrementado en aos recientes. Los cabezales se sueldan a la
carcaza. Por lo comn, se extienden ms all de la carcaza y sirven como
bridas a las que se sujetan con pernos los cabezales del lado de los tubos.
Esta construccin requiere que los materiales de la carcaza y de los
cabezales se puedan soldar entre s.
2.5.1.2. Intercambiadores de Calor de Tubo en U
El haz de tubos consiste en un espejo estacionario, tubos en U (o
de horquilla), deflectores o placas de soporte y espaciadores y tirantes
apropiados. El haz de tubos se puede retirar de la carcaza del
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intercambiador de calor. Se proporciona un cabezal del lado del tubo
(estacionario) y una carcaza con cubierta integrada, que se suelda a la
carcaza misma. Cada tubo tiene libertad para dilatarse o contraerse, sin
limitaciones debidas a la posicin de los otros tubos.
El diseo en U ofrece la ventaja de reducir el nmero de juntas.
En la construccin para altas presiones, esta caracterstica es muy
importante, puesto que reduce tanto el costo inicial como el de
mantenimiento. Los tubos en U han incrementado su empleo en forma
significativa, gracias al desarrollo de limpiadores hidrulicos que son
capaces de eliminar residuos depositados tanto en la parte recta como en
la parte doblada en U de los tubos.
2.5.1.3. Anillo de Cierre Hidrulico
Esta construccin es la menos costosa de los tipos de tubos rectos
y haz desmontable. Los fluidos del lado de la carcaza y del lado del tubo
se retienen mediante anillos de empaque distintos, separados por un
anillo de cierre hidrulico y se instalan en el espejo flotante. El anillo de
cierre hidrulico lleva orificios de purga y, luego, cae al piso. Las fugas
en los empaques no darn como resultado la mezcla de los dos fluidos al
interior del intercambiador.
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2.5.1.4. Cabezal Flotante con empaque exterior
El fluido del lado de la carcaza se retiene mediante anillos de
empaque, que se comprimen dentro de un prensaestopas mediante un
anillo seguidor de junta. Esta construccin fue utilizada con frecuencia en
la industria qumica; sin embargo, su empleo ha venido a menos en los
aos recientes. No hay limitaciones sobre el nmero de pasos del lado de
los tubos o su presin y su temperatura de diseo. El intercambiador de
cabezal flotante con empaque exterior fue la construccin del tipo de haz
desmontable que se utiliz con mayor frecuencia en el servicio en plantas
qumicas.
2.5.1.5. Cabezal Flotante Interno
El diseo de cabezal flotante interno se utiliza mucho en las
refineras petroleras, pero su uso ha declinado en aos recientes. El haz
de tubos es desmontable y el espejo flotante se desplaza (o flota) para
acomodar las dilataciones diferenciales entre la carcaza y los tubos.
Un anillo dividido de respaldo y un sistema de pernos retienen,
por lo comn, la cubierta del cabezal flotante al espejo flotante. Se sitan
ms all del extremo de la carcaza y dentro de la cubierta de la carcaza de
dimetro mayor. Est ltima, el anillo dividido de apoyo y la cubierta del
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cabezal flotante se deben retirar entes de que pueda pasar el haz de tubos
por la carcaza del intercambiador.
2.5.1.6. Cabezal Flotante Removible
La construccin es similar a la del intercambiador de cabezal
flotante interno con anillo dividido de respaldo, con la excepcin de que
la cubierta del cabezal flotante se sujeta directamente con pernos en el
espejo flotante. El haz de tubos se puede retirar de la carcaza sin
desmontar ni la cubierta de la carcaza ni la del cabezal flotante. Esta
caracterstica reduce el tiempo de mantenimiento durante la inspeccin y
las reparaciones.
2.5.2. Intercambiadores de Calor de Doble Tubo
Durante muchos aos, los intercambiadores de calor de tubera
doble se han utilizado de manera preferencial para flujos bajos y altas
temperaturas. Los intercambiadores de secciones multitubulares son de
construccin similar, pero tienen siete o ms tubos en el interior de una
carcaza. Las secciones de tubera doble y multitubulares permiten un
flujo verdadero a contracorriente, especialmente ventajoso para grandes
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intervalos de temperaturas del fluido y cuando se requiere un
acercamiento estrecho en las temperaturas de los fluidos.
2.5.3. Intercambiadores de Calor enfriados por Aire
Se ha utilizado el aire atmosfrico durante muchos aos para
enfriar y condensar fluidos de proceso en las regiones en que escasea el
agua. En algunas plantas nuevas, todo el enfriamiento se hace con aire.
Conforme se elevan los costos del agua y crece la preocupacin por su
contaminacin, se espera que aumente el empleo de los enfriadores de
aire.
La ubicacin de los intercambiadores de calor enfriados por aire
debe considerar los requisitos de gran espacio y la posible recirculacin
del aire calentado, a causa de los vientos dominantes en las
construcciones, calentadores por combustin, torres y diversos equipos.
La unidad de tiro forzado impulsa el aire sobre la superficie de
los tubos con aletas. Los ventiladores estn situados debajo de los haces
de tubos. El diseo de tiro inducido tiene el ventilador arriba del haz, y el
aire es arrastrado a travs de la superficie del tubo con aletas. En teora,
una ventaja primordial de la unidad de tiro forzado es que requiere menos
caballaje, sobre todo cuando la temperatura del aire excede los 30 C.
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2.6. Ingeniera Conceptual.
La Ingeniera Conceptual consiste en el desarrollo de los
documentos que constituyen el paquete de diseo de un proyecto.
Comprende diferentes etapas como la Descripcin del Proceso, Plano de
Simbologa, Diagramas de Flujo de Procesos (PFD), Balances de Masa y
Energa, Dimensionamiento y especificaciones de los Equipos y el plano
de ubicacin de los equipos (Layout).
A continuacin se describen los documentos que constituyen la
realizacin de la ingeniera conceptual de un proyecto.
2.6.1. Descripcin del Proceso.
Es una explicacin paso a paso de las sntesis y transformaciones
de las materias mediante las operaciones unitarias y la cintica de las
reacciones realizadas.
En la Descripcin del Proceso se indican las variables del
proceso: presin, temperatura, flujos de proceso, ratas de conversin y el
efecto de sustancias como los catalizadores, residuales y los
subproductos en el proceso.
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En esta etapa se explican las condiciones especiales que se deben
mantener en el proceso para reducir la formacin de subproductos,
mezclas explosivas o residuales que pueden afectar la calidad y la marcha
de las operaciones.
2.6.2. Plano de Simbologa.
Es un plano en el cual se indican los smbolos que representan los
diferentes instrumentos y equipos que forman parte del diseo a realizar.
Este plano se realiza con el fin de facilitar la comprensin de los
diagramas de flujo de los procesos.
2.6.3. Diagramas de Flujo de los Procesos.
Son aquellos diagramas donde se muestran las diferentes etapas
de proceso identificadas con los diferentes smbolos correspondientes a
los equipos segn su tipo. Se muestran adems las corrientes de
alimentacin y productos de cada equipo, con su respectiva
identificacin.
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2.6.4. Balance de Materiales y Energa.
Un balance de materia no es ms que una contabilizacin de
material. Es posible realizar balances de materia para una amplia
variedad de materiales, para sistemas de diferentes tamaos, y con
diversos grados de complicacin. La ecuacin 2.1 expresa con palabras el
concepto de balance de materia o masa.
Fuente: David M. Himmelblau, 1997.
Acumula-cin dentro del sistema
Entrada por las fronteras del sistema
Salida por las fronteras del sistema
Generacin dentro del sistema
Consumo dentro del sistema
+
(Ec. 2.1) Balance de Masa.
El concepto de balance de energa, visto desde un punto de vista
macroscpico (balance global del sistema), es similar al del balance de
materia.
La ecuacin 2.2 es una generalizacin de los resultados de
numerosos experimentos sobre casos relativamente sencillos. Se cree que
la ecuacin tiene validez universal porque no se han podido encontrar
excepciones en la prctica, teniendo en cuenta la precisin de las
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mediciones. Esta se puede aplicar a un solo equipo o a una planta
compleja.
Fuente: David M. Himmelblau, 1997.
(Ec. 2.2) Balance de Energa.
En el caso de un intercambiador de calor en donde se produce la
entregado por el vapor = Q ganado por el agua (Ec 2.3)
onde:
ca calor y viene expresado en unidades de energa, Joules.
Acumulacin de energa dentro del sistema
Transferencia de energa hacia fuera del sistema a travs de su frontera
Transferencia de energa al sistema a travs de su frontera
condensacin de uno de los dos fluidos, asumiendo que no existen
prdidas de calor con el entorno, ni generacin ni consumo de energa, el
balance de energa se reduce a la siguiente ecuacin:
Q
D
Q: signifi
Generacin de energa dentro del sistema
Consumo de energa dentro del sistema +
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Adems:
(Ec 2.4)
o = (Ec 2.5)
onde:
jo de calor entregado por el vapor, en kJ/kg.
dor, en kg/h.
hf
.
2.6.5. Dimensionamiento y Especificaciones de los Equipos.
Para el dimensionamiento del intercambiador de calor el primer
mQvapo= hfgvapvap
Qagua TaguaCpaguam
(Ec. 2.6) )( TentTsalTagua =
D
Q vap: flu
Q agua: flujo de calor recibido por el agua, en kJ/kg. om vap: flujo msico de vapor a travs del intercambiaom agua: flujo msico de agua a travs del intercambiador, en kg/h.
g vap: entalpa especifica con condensacin del vapor, en kJ/kg.
Cp: calor especifico del agua a condiciones especificas, en kJ,kgC
T sal: temperatura del agua a la salida del intercambiador, en C.
T ent: temperatura del agua a la entrada del intercambiador, en C
paso es calcular el nmero de tubos. Para ello primero se asume un
dimetro nominal para los tubos y se asume la velocidad del fluido que
pasa por dentro de los tubos. La velocidad del fluido se puede estimar
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segn las tablas de velocidades tpicas de lquidos en tuberas de acero,
que se encuentran en el Anexo1.
Luego con el dimetro de los tubos y la velocidad del fluido se
(Ec. 2.7)
Con el flujo volumtrico total y el flujo volumtrico de cada
calcula el flujo volumtrico que pasa por cada tubo mediante la siguiente
ecuacin:
AflujovtuboQo =
tubo, se puede conocer el nmero de tubos aproximado que tendr el
intercambiador:
tuboQ
totalQtubos o
o
=# (Ec. 2.8)
Donde;
lujo volumtrico del fluido que pasa por cada tubo.
iador por el
lado d
luido
#tubos: numero aproximado de tubos en el intercambiador.
tuboQo
: F
totalQo
: Flujo volumtrico del fluido que entra al intercamb
e los tubos. v : Velocidad del f
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El procedimiento se repite con diferentes dimetros de tubos,
Para el clculo del rea de transferencia total del intercambiador
rimero
para luego comparar y seleccionar el mejor arreglo para el
intercambiador de calor.
p se debe seleccionar un valor para el coeficiente global de
transferencia de calor (U), para lo cual la Tabla 10.13 (Ver Anexo 2)
muestra valores estimados de U dependiendo de la naturaleza del fluido
que pasa a travs de la carcaza y a travs de los tubos. Tambin el valor
aproximado de U se puede calcular mediante la ecuacin siguiente:
+
+
++
=
AoAihiAi
AoriAprom
Aorwroho
Uo11
1 (Ec. 2.9)
onde;
iciente global de transferencia de calor, kJ/h.
, kJ/h(m2).
l de la pared del tubo, kJ/h (m2).
D
Uo: coef
ho: coeficiente de pelcula del fluido fuera de los tubos
hi: coeficiente de pelcula del fluido dentro de los tubos, kJ/h(m2).
ro: factor de resistencia de Fouling del fluido fuera del tubo, h(m2).
ri: factor de resistencia de Fouling del fluido dentro del tubo, h(m2).
rw: resistencia de la pared del tubo, Lw/kw, h(m2).
Lw: espesor de la pared del tubo, cm.
Kw: conductividad trmica del materia
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Ao: rea exterior por unidad de longitud de tubo, m2/m.
Ai: rea interior por unidad de longitud de tubo, m 2/m.
Aprom: promedio entre Ao y Ai, m2/m.
Luego se puede utilizar la ecuacin 2.10 para el clculo del rea de
transferencia;
F** LMTDUqAt = (Ec. 2.10)
onde;
de transferencia de calor del intercambiador, m2.
, kJ/h.
, C
l LMTD se calcula mediante las siguientes ecuaciones:
D
At: rea
q: flujo de calor