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Intercambiador de calor Producción de cerveza

IQ3202 – Fenómenos de Transporte. Intercambiador de calor Producción de cerveza. Alumno Paulo Arriagada Profesor Francisco Gracia C. Profesor Auxiliar Felipe Díaz A. Miércoles 27 de marzo de 2013. Descripción del problema. Desarrollar un intercambiador de calor.

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Presentation Transcript

  1. IQ3202 – Fenómenos de Transporte Intercambiador de calorProducción de cerveza Alumno Paulo Arriagada Profesor Francisco Gracia C. Profesor Auxiliar Felipe Díaz A. Miércoles 27 de marzo de 2013

  2. Descripción del problema • Desarrollar un intercambiador de calor. • Determinar condiciones de operación, geometría y tiempo de intercambio.  Condiciones: - Rápido - Barato - Eficiente

  3. Geometría adoptada • Tubos concéntricos con flujo contracorriente. • Tubo interno lleva el mosto de la cerveza. • Tubo externo lleva agua fría. Figura 1: Geometría del problema.

  4. Supuestos generales • Mosto entra a 100°C. • El agua se mantiene a 15°C constantes. • El mosto se modela como agua. • Diferencia de presión constante a lo largo del tubo. • Se modela una tubería rectangular. • La transferencia de calor por las paredes del tubo es perfecta.

  5. Variación de momentum • Aplicando la ecuaciones de Navier-Stokes, se llega ala ecuación: Figura 2: Perfil de velocidades.

  6. Variación de momentum • Supuestos: • Estado estacionario • Fluido incompresible • Solo existe velocidad en el eje y (largo de la tubería) • Vy depende de la posición en el eje x • Tubería horizontal, entonces solo existe gravedad en el eje z

  7. Variación de energía • Se aplican las ecuaciones diferenciales, que se desprenden de la ecuación general de energía: • Son resueltas mediante un esquema de diferencias finitas FTCS (Forward Time CenteredSpace).

  8. Variación de energía Figura 3: Perfil de temperatura en una tubería de 2,2 [cm] de grosor, en el tiempo en que se alcanzan 20°C en el centro.

  9. Variación de energía Figura 4: perfiles de temperatura a lo largo del ancho de la tubería.

  10. Variación de energía • Supuestos: • Esfuerzos de corte nulos • Fluido incompresible • No hay reacciones químicas

  11. Resultados • Ancho tubería: 2.2 [cm]. • Largo tubería: 110 [cm] = 1.1 [m]. • Tiempo del proceso: 2100 [s]= 35 [min].

  12. Problemas • Se tiene que

  13. Problemas • Condiciones de estabilidad de esquema FTCS: • Con el D anterior, se tiene: =>

  14. Ética • Asumir la temperatura de las paredes como constante. • Modelar la tubería como rectangular. • Despreciar la resistencia del tubo a la transferencia de energía.

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