Selección del serpentín de enfriamiento
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En un proyecto recién iniciado en nuestra empresa, la temperatura de un reactor de lixiviación ácida es demasiado alta. Según los requisitos del proceso, en menos de media hora se debe reducir la temperatura de la pasta, que se encuentra a 90 °C, hasta unos 75 °C. El volumen de la pasta dentro del reactor es de 25 metros cúbicos. La dirección decidió utilizar un serpentín de titanio para el enfriamiento; el agua de refrigeración proviene del sistema de torres de enfriamiento, con temperaturas de entrada y salida de 42 °C y 37 °C, respectivamente. Quisiera preguntarles, colegas: ¿cómo se selecciona el tipo adecuado de serpentín y cómo se realizan los cálculos correspondientes? ¿Cuál debería ser el caudal de agua de refrigeración necesario?
Calcule el área de transferencia de calor; luego, seleccione la tubería
Las dos ecuaciones básicas para la transferencia de calor: en primer lugar, se calcula la cantidad de calor transferido, es decir, el calor que debe liberarse para que el fluido se enfríe, mediante la fórmula Q = c·m·Δt. El valor de c puede tomarse como el de el agua, ya que este tiene el mayor calor específico; m representa el caudal másico, y Δt = 90 – 75 °C. Una vez obtenida la cantidad de calor transferido, y tras considerar un margen de seguridad, se calcula el área de transferencia de calor A necesaria mediante la fórmula Q = K·A·Δtm. El valor de K se elige dentro del rango correspondiente a los intercambiadores de calor de serpentín, tomando uno relativamente bajo. Δtm es la diferencia de temperatura media logarítmica; en realidad se trata de un flujo cruzado, pero se puede calcular asumiendo un flujo paralelo, de modo que el margen de seguridad resulte suficientemente amplio. Después de determinar A, y conociendo el diámetro seleccionado para los tubos de titanio, se puede calcular la longitud requerida de dichos tubos. Finalmente, según las especificaciones del reactor, se decide cuántas vueltas darle al serpentín y cómo enrollarlo.