Tarea 3

25 Febrero

Problema de tarea 3: Intercambiador de calor.

11.1 Levenspiel [1]

Objetivo: Determinar el tiempo que una partícula tarda en enfriarse para que Q/Qmax=0.1

PLANTEAMIENTO Y SOLUCIÓN

Se traducirá el planteamiento del problema para su mejor entendimiento:

Ejemplo 11.1 Verificar la suposición clave en el análisis de intercambiadores de calor de lecho fluidizado.

Cuando un vapor de sólidos calientes entra en contacto con gas frío en un intercambiador de calor de lecho fluidizado, se asume lo siguiente según el Cap. 14 [1]:

(a) El frío que entra al gas se calienta instantáneamente a la temperatura del lecho

(b) Cada partícula del sólido entrante se enfría instantáneamente a la temperatura del lecho.

(c) Tanto el gas como el sólido deja el lecho a la misma temperatura.

El término empleado "instantáneamente" es realmente aproximado cuando el tiempo requerido para que las dos corrientes de alimentación se acerquen a la temperatura del lecho sea mucho menor que el tiempo de permanencia de ambas corrientes en el intercambiador.

Para (a): se cumple razonablemente bien en la práctica.

Para (b): Si se supone arena caliente con un diámetro = 600 [micrómetros] a 1000 grad. Centígrados fluir continuamente hacia

un intercambiador de lecho fluidizado, donde se enfriará debido al aire con temperatura

ambiente, y que el gas y el sólido dejan el intercambiador a 500 grad. Centígrados.

Para una velocidad de fluidificación u=0.5[m/s] a 1.1 [atm]:

Determinar cuánto tiempo tarda una partícula en enfriarse a hasta 550 grad. Centígrados (90% aprox.)

(a) Suponga que la conducción dentro de las partículas controla.

(b) Suponga que la resistencia de la película en la superficie de las partículas controla.

(C) Cuenta para ambas resistencias.

Compare estos tiempos con el tiempo medio de residencia de los sólidos en el intercambiador, unos 3 min..

La solución que presenta el libro[1] es la siguiente:

ANÁLISIS Y SOLUCIÓN EN EES

Inicialmente se deben buscar las propiedades del aire y de la arena, mismas que se encuentran en el Apéndice A.21 del libro [1].

Si se considera al aire como un gas ideal, su densidad de obtendrá de acuerdo al Apéndice A.12 del libro [1]

A continuación, se muestra la resolución programa mediante el software EES.

El coeficiente de transferencia de calor se programa como la ecuación 9.38 del libro [1]

El resultado obtenido es un coeficiente de transferencia de calor y, además se obtuvo el tiempo "t" de la condición (C) Cuenta para ambas resistencias (en este caso Bi si tiene un valor).

REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA COMPLETA

[1] Levenspiel, Octave. "Engineering Flow and heat exchange." 3a Ed. (2014). Springer.