29 Dic
1.- Explique las diferentes formas de trasferencia de calor, como se calculan, donde se aplican, de ejemplos
Conducción: Es la más sencilla de entender, consiste en la transferencia de calor entre dos puntos de un cuerpo que se encuentran a diferente temperatura sin que se produzca transferencia de materia entre ellos.
Q/t=(kA/x)(t1-t2)
Q/t= calor transmitido por unidad de tiempo
K= es la conductividad térmica
A= área de contacto
T1-T2= diferencia de temperatura
X= espesor
Convección: En este sistema de transferencia de calor interviene un fluido (gas o líquido) en movimiento que transporta la energía térmica entre dos zonas.
dQ/dt= hAs(Ts-Tinf)
h= coef. De convección
As= área del cuerpo en contacto con el fluido
Ts= temperatura en la superficie del cuerpo
Tinf= temperatura del fluido lejos del cuerpo
Radiación: Es el calor emitido por un cuerpo debido a su temperatura, en este caso no existe contacto entre los cuerpos, ni fluidos intermedios que transporten el calor. Simplemente por existir un cuerpo A (sólido o líquido) a una temperatura mayor que un cuerpo B existirá una transferencia de calor por radiación de A a B.
2.- Indique la forma como se clasificación los intercambiadores. ¿Cuál es el objetivo y aplicaciones?
Según la construcción se clasifican en:
• Tubulares: Tubos
concéntricos
De camisa y tubos
Tubos en espiral
• De placas:
Planas
En espiral
• De superficie extendida:
De placas
De tubos
• Regenerativos:
Rotatorios
De matriz fija
Intercambiadores de contacto directo
. Son aquellos en los que el intercambio de calor se hace por mezcla física de los fluidos. No son muy frecuentes dada la contaminación que supone para uno o para ambos fluidos. Sin embargo, hay veces que esto no importa, como en el caso de la torre de refrigeración, en las que el agua es enfriada por el aire atmosférico en un proceso combinado de transferencia de masa y de calor.Intercambiadores de contacto indirecto
. Son aquellos en los que los fluidos no entran en contacto directo, no se mezclan, sino que están separados por un tabique sólido, un espacio o incluso un tiempo. El calor se transmite por convección y conducción a través de la pared separadora. Estos, a su vez, pueden clasificarse:
Diseñado para transferir calor entre dos fluidos, o entre la superficie de un sólido y un fluido en movimiento
3.- Explique la metodología para diseñar intercambiadores de calor por el método LMTD (diferencia media logarítmica de temperatura) y por el método de la efectividad-NTU. Indique cuando se utiliza uno u el otro
LMTD es un método de diseño en el cual el conocimiento de las temperaturas de entrada y salida y el flujo másico de los fluidos es posible determinar el área de transferencia de calor siguiendo un procedimiento lógico
NTU es un método para el análisis de intercambiadores de calor a través de el podemos analizar comportamiento de un determinado intercambiador de calor bajo parámetros diferentes a los de diseño se utilizan varias curvas para determinar la relación entre la efectividad y los NTU.
5.- ¿Qué se entiende por evaporación, como operan los equipos de evaporación?
El proceso de evaporación consiste en la eliminación de un líquido de una solución y para lograr dicho propósito debemos suministrar una fuente de calor externo.
EVAPORADOR DE TUBOS HORIZONTALES: consiste en un recipiente cerrado, en cuyo fondo hay tubos horizontales por donde circula el agente calefactor. El condensado se suele purgar por el otro extremo de haz de tubos.
EVAPORADOR DE TUBOS VERTICALES: los hay de tubos cortos y de tubos largos, los cuales pueden tener circulación forzada, utilizados para líquidos viscosos, porque se mejora el coeficiente U. Sin embargo, no son apropiados para disoluciones diluidas, pues los costes adicionales no compensan los beneficios obtenidos.
EVAPORADOR DE Circulación FORZADA: son empleados si se desea evitar la evaporación del producto sobre superficies de calentamiento debido a carácterísticas de ensuciamiento del producto a para evitar cristalización.
EVAPORADOR DE TUBOS LARGOS VERTICALES: En un evaporador de tipo vertical con tubos largos, el líquido esta en el interior de los tubos. Estos miden de 3 a 10 m de alto, lo que ayuda a obtener velocidades de líquido muy altas. Por lo general, el líquido pasa por los tubos una sola vez y no se recircula. Los tiempos de contacto suelen ser bastante breves en este modelo.
EVAPORADORES Múltiple EFECTO: En este tipo de operación el primer efecto opera a una temperatura suficientemente alta como para que el agua que se evapora sirva como medio de calentamiento del segundo efecto, como resultado tenemos un aumento en la economía del vapor de agua. En esta operación la alimentación se introduce en el primer efecto y fluye hacia el siguiente en el mismo sentido del flujo del vapor.
6.- Explique el proceso para destilar agua
En el proceso de destilación, el agua se pone en un contenedor grande sobre una fuente de calor y se lleva a ebullición. Cuando el vapor eleva los elementos más pesados que están mezclados con el agua, como los minerales, no pueden mantenerse en el vapor más ligero. Gracias a esto, los contaminantes permanecen en los contenedores principales. El vapor sube hasta que alcanza un punto suficientemente lejos de la fuente de calor y se enfría y se condensa de nuevo como agua. En este punto, es capturada en las trampas altas en el contenedor que fueron creadas para recoger el agua destilada. Después, fluye a la otra cámara donde se colecta.
7.- Explique el principio de funcionamiento de la destilación multi-efecto. ¿en qué se diferencia con la ósmosis inversa?
El proceso de destilación multiefecto (MED, por sus siglas en inglés) se basa en un proceso de evaporación-condensación iterativa en diversas etapas bajo condiciones de vacío, usando vapor residual de una planta de energía adyacente como medio de calentamiento para la evaporación
Una ósmosis inversa es más cara en la adquisición que un destilador de agua, y el coste de mantenimiento de los filtros también es superior al del destilador.
La vida útil de una ósmosis es superior al de un destilador de agua. Un destilador dura en óptimas condiciones de 3 a 5 años de media, hay casos en que más, y una ósmosis dura más de 5 años sin problemas.
8.- ¿Cómo se enuncia la ecuación de conservación de la masa, cuál es su aplicación a nivel industrial?
(Energía total que cruza la frontera como Q y W) + (Energía total transportada con la masa entrante en VC) – (energía total transportada con la masa saliente del VC) = (cambio neto de la energía del VC)
Proporcionan información sobre la eficacia de los procesos, ya sea para calcular costos, diseño, producción y como trabajan los aparatos que se emplean
9.- ¿Cómo se enuncia la primera ley de la termodinámica, cuál es su aplicación a nivel industrial?
Que la energía no se puede crear ni destruir, solo puede cambiarse o transferirse de un objeto a otro.
10.- ¿Qué se entiende por un sistema cerrado, y por un sistema abierto? ¿Cómo se aplica la 1era ley de la termodinámica en cada uno de esos casos?
Un sistema abierto sería uno que puede intercambiar materia y energía con el exterior, mientras que un sistema cerrado es un sistema que no puede intercambiar materia con el exterior
11.- ¿Qué se entiende por balance de energía, como se realiza, cuáles son las relaciones principales a considerar?
Son una de las herramientas más importantes con las que cuenta la ingeniería de procesos y se utilizan para contabilizar los flujos de materia y energía entre un determinado proceso industrial y los alrededores o entre las distintas operaciones que lo integran.
12.- ¿Qué se entiende por un diagrama Sankey?, ¿Cuál es su uso y aplicación?
Es un tipo específico de diagrama de flujo, en el que la anchura de las flechas se muestra proporcional a la cantidad de flujo
Los diagramas de Sankey se suelen utilizar para visualizar las transferencias de energía, material o coste entre procesos, a través de flechas que muestran la pérdida o dispersión por transferencia. También se utilizan para visualizar las cuentas de energía o de flujo de materiales a nivel regional o nacional.
13.- Dibuje un diagrama Sankey de una planta de potencia de ciclo combinado y de un sistema CHP
Diagrama sankey:
Ciclo combinado:
14.- Explique el concepto de multi-generación
Se refiere a la optimización del aprovechamiento de energía en las industrias, debido a que estas suelen tener bajos porcentajes de eficiencia. Principalmente se aprovecha el calor para producir electricidad. Estas se clasifican en:
– Cogeneración- Trigeneración- Poligeneración.
15.- Explique los ciclos asociados a plantas de potencia convencionales. Aplique la 1era ley de la termodinámica en cada una de ellas e indique la diferencia de rendimiento de ellas
Cogeneración:
La cogeneración es el procedimiento mediante el cual se obtiene simultáneamente energía eléctrica y energía térmica útil (vapor, agua caliente sanitaria).
Trigeneración
Las plantas trigeneradoras, se refieren a plantas que de manera simultánea producen electricidad, calor para procesos industriales y frío para refrigeración, a partir de un solo recurso energético.
Poligeneracion
La poligeneración se define como la producción conjunta de dos o más servicios energéticos y/o productos manufacturados, realizada de forma simultánea y buscando aprovechar al máximo el potencial termodinámico de los recursos consumidos.
16.- Como funciona una planta de potencia de concentración solar, explique sus módulos
La generación por concentración solar de potencia (CSP) es un método de generación térmica, que consiste en calentar por medio de la energía contenida en la radiación solar, algún fluido para luego mover turbinas y generar electricidad. Ello se combina con sistemas de almacenamiento térmico utilizando sales fundidas como fluido, lo que permite dar flexibilidad a la producción de energía. Este proceso de almacenaje se hace generalmente por medio de sales fundidas, nitrato de sodio y nitrato de potasio.
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