DISEÑO Y CÁLCULO DE UN DESTILADOR DE AGUA

INTEGRANTES:AGUILAR MORÁN, ALFONSO MIGUEL

GALLEGOS VILCA, MAIRIM ALEJANDRA

HUARACHA ZEBALLOS, KAROL AYDEE

MURILLO COLLADO, DANIEL ALEJANDRO

SAMOCHUALLPA CHARA, GRECIA ENRIQUETA

VILLANUEVA DÍAZ, TANIA

OBJETIVOS

Diseñar un destilador de acuerdo a las características necesarias del agua observando así sus propiedades y variables tales como: flujos, temperaturas, calor específico viscosidades entre otros.

Diseñar y construir un modelo de destilador eficiente, que responda a las características propias del ambiente y genere en el menor tiempo posible agua pura por efecto de la evaporación y condensación del agua.

Obtener el coeficiente global de transferencia de calor, dentro del rango establecido según la bibliografía.

Analizar y comparar los modelos de destiladores propuestos, según nuestro presupuesto y necesidades.

Lograr determinar las dimensiones necesarias para una correcta construcción que nos dé una buena producción.

RESULTADOS ALCANZADOS:

Mediante el desarrollo de cálculos termodinámicos, fisicoquímicos y matemáticos se obtuvieron los siguientes resultados los cuales fueron comparados y analizados:

Balance de materia

ṁF = 4 kg/h

Balance de Energía

- Condensador

QC = 2345,6 Kcal/h

→ QC = QW Si TW2 = 50 °C → ṁW = 94 kg/h

- Evaporador

QEVAPORADOR = 2343,2 Kcal/h

Potencia de la Resistencia

Eficiencia de la resistencia es 70%

x = 3.9 Kw

Temperatura Logarítmica

Área Preliminar

U = 185.909 Kcal/hm2

A = 0.04 m2

Cálculo del Condensador Longitud del serpentín

A = π D L → D = 0.01m

L = 1.3 m

Número de vueltas del serpentín R = radio de la hélice 0.09 m

n = 16.25 = 16  

• Número de NusseltNu = 4.92

• Coeficiente de película externoho = 112.3 W/ m2

• Velocidad Interna

Número de Reynolds para el flujo interno del condensadorRe = 86.7 → Flujo laminar

Número de PrandtlPr = 8 x 10-4

 Coeficiente de película internohi = 4188.54 W/m2

• Volumen del condensadorh = 0.35 m porque 16 vueltas de 1 cm y la separación entre vuelta y vuelta es 1 cm aprox.V = 5.4 lt

• Radio HidráulicoA = 7.54 x 10-3 m2

P = 0.75 m

• Velocidad Externa

Número de Reynolds del flujo externo del condensadorRe = 2382.9 → Flujo de transición

• Número de PrandtlPr = 5.53

 

 

• Coeficiente Global de Transferencia de calor:

U= 109.4 w/m2 k = 94.06 kcal/h/m2 k • Área RealA=0.08m2

• Longitud Real del Serpentín L=7.5 m

• Número de vueltas del serpentín

R = radio de la hélice 0.09 m → n = 14

 

 

• Diseño del Evaporadorx 4h = 0.02

Se multiplica por 4 horas ya que el evaporador está diseñado para trabajar un tiempo de 4 horas por día; Debemos diseñar el evaporador con un margen mayor para evitar problemas de presión; consideraremos que la altura del cilindro será 5/3 la altura del cono y a su vez la altura del cono será 3/4 del diámetro; además debemos considerar que este evaporador siempre debe estar lleno mínimo hasta la mitad para evitar que la Resistencia se queme por lo que se instalara un Sistema de control de nivel de agua, la cual funcionara al igual que una tetera.     m

MODELO PROPUESTO MEDIANTE LOS CÁLCULOS OBTENIDOS

En el siguiente modelo podemos observar las dimensiones del evaporador y del condensador, así como también los flujos necesarios para la obtención de agua destilada a 4lt/hr.

9 cm

35 cm40 cm

4 lt/h

20 cm 4 lt/h

94 lt/h 4 lt/h

14 cm

Así mismo, planteamos un modelado3D usando el software Autocad.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Logramos satisfactoriamente calcular las variables necesarias para el diseño del destilador, obteniendo así mismo un coeficiente de transferencia de calor, siendo este de 109.4 w/m2 k

Según la información obtenida en el Manual del Ingeniero Químico- Cap. Diseño de un Intercambiador de calor, se sabe que para un evaporador de serpentín el U calculado debe estar en el rango de 85-250 Kcal/hm2, para que haya una evaporación eficiente.

Se calculó a partir de este nuevo coeficiente de transferencia de calor el área, siendo esta de 0.08m2, con una nueva longitud de serpentín de 7.5m y obteniendo 14 vueltas, este diseño es mucho más apropiado ya que nos permitirá tener una evaporación más rápida y eficiente.

Consideramos que para el cálculo de nuestro evaporador lo más idóneo fue trabajar con serpentín ya que hay una mejor transferencia de calor, debido al tamaño del mismo.

Obtuvimos el coeficiente de película externo, siendo este: 112.3 W/ m2

Ya que las condiciones fueron desfavorables para la compra del destilador se diseño una maqueta de medidas reales y se pudo comprobar satisfactoriamente que los cálculos fueron exactos.

Así mismo, se recomienda el uso de un sistema de control de nivel del agua, para el correcto funcionamiento y eficiencia del evaporador, según la información obtenida el mas idóneo debe ser mecánico ya que su costo es relativamente bajo comparado al electrónico.

PARTICIPACIÓN DE CADA INTEGRANTE DEL GRUPO. FUNCIONES Y TIEMPO DEDICADO

EL DESARROLLO DEL TRABAJO LO HICIMOS EN

CONJUNTO Y EN COLABORACIÓN DE CADA

UNO DE NUESTROS INTEGRANTES. NOS

REUNIMOS TODOS LOS SÁBADOS DE 9 A 1 PM.

LA MAQUETA SE REALIZO LOS ÚLTIMOS DOS DOMINGOS DE 8 A

2PM.

HICIMOS UNA REUNIÓN PRELIMINAR EN LA CUAL SE

DISCUTIÓ CADA CIERTO PUNTO DEL TRABAJO Y TENER UN

DEBATE DE LOS RESULTADOS Y CONCLUSIONES.