SINTESIS

 

PROBLEMA 4.3.

Dos líquidos de proceso A y B, se mezclan en un tanque después de calentarse cada uno en respectivos intercambiadores de calor. Para calentar el líquido A se usa vapor de calentamiento, mientras que para calentar el líquido B se usa una corriente caliente del proceso con el fin de ahorrar energía:

a) Escriba Escriba las ecuacione ecuacioness que modelan modelan el el sistema. sistema. Ignore Ignore las ecuacion ecuaciones es de diseño diseño de los los equipos.  b) Suponiendo que todas las propiedad propiedades es termodinámicas de cualquier corrien corriente te son conocidas y que se conocen los flujos F A y FB, así como las temperaturas T A1, TB1 y TL1, indique cuáles son los grados de libertad del sistema. c) Aplique Aplique el algoritm algoritmo o de Lee y Rydd Rydd para para sugerir sugerir las mejores mejores v variabl ariables es de diseño diseño y el orden de solución de las ecuaciones. a) Ecuaciones del sistema

Q1= F  A C p A [ T  A 2−T  A 1 ] … ( 1 ) Q1=W v C p v [ T v 2−T v 1 ] … ( 2) Q2= F B C p B [ T B 2− T B 1 ] … ( 3) Q2=W  L C p L [ T  L 2 − T  L 1 ] … ( 4 )

 F c = F  A + F B … ( 5 ) T c =

T  A 2 + T B 2 2

… (6 )

 b) Grados de Libertad conociendo conociendo las propiedades termodinámicas

 

Ecu . 1 2 3 4 5 6

Q 1   FA   CpA   TA2   TA1   Wv   Cpv   Tv2   Tv1   Q 2   FB   CpB   TB2   TB1   Wl   Cpl   Tl2   Tl1   FC   TC X

X

X

X

X X

X

X

X X

X

X

X

X X

X

X

X

X

X

X

X

PROBLEMA 5.2.

Se va a diseñar un hervidor para una columna de destilación. Se ha determinado que la carga térmica a procesar es de 4 x 10^9 J/h, y que la temperatura de los fondos de la columna es de 200°C. El costo del vapor para el hervidor está dado por:

C vvap ap=− 0.123 + 0.0136 T ,   $9 [ T en ° C  ] 10 J  El costo del hervido puede estimarse mediante:

 I her= $ 4120 A

0.65

2

[ A en m ]

El coeficiente de transferencia de calor es:

U =1.25

  MJ  2

m h ° C 

Se ha estimado que la vida útil del hervidor es de 10 años, y que estará est ará operando durante 8500 h/año. Se desea encontrar la temperatura que minimice el costo anual del hervidor (costo de servicios más costo anualizado de la inversión). Use el método de Sección Dorada para encontrar la temperatura óptima. Use un intervalo de búsqueda de 205 a 240°C. PROBLEMA 5.8.

El costo de tuberías, accesorios y bombas son costos importantes en una planta química. Considere el diseño de una tubería de longitud L que va a transportar un fluido a una razón de Q gpm. La selección de que diámetro de tubería usar D (pulg.) se basa en minimizar el costo anual de tubería, bomba y bombeo. Suponga que el costo anual de tubería de acero al carbón y una  bomba centrifuga puede expresarse expresarse mediante: 1.5

0.5

f =0.45 L + 0.245 L D + 325 ( hp ) + 61.6 ( hp ) Donde: 3 2.68 −8 −9 hp =4.4 x 10  L Q5   + 1.92 x 10  L Q4.68  D d

0.925

+ 102

X

X

 

Formule el problema de optimización para diseñar una tubería de 1000 ft de longitud con un caudal de 20 gpm. El diámetro de la tubería debe estar entre 0.25 y 6 pulg. Use el método de Fibonacci para su solución. Usando 6 iteraciones. ¿Cuál es la reducción del intervalo que se logra? Estime el valor óptimo en esas condiciones.