Trabajo Práctico 2: Prediseño de instalación para freír por lotes usando vapor.
Página web realizada para la asignatura "Tecnología Energética" del Máster en Ingeniería Industrial de la E.T.S.I.I. de Béjar, por el alumno Iván Marcos Santero.
Esta página web permite calcular los parámetros necesarios para la producción de vapor en cualquier instalación destinada a la fritura por lotes. Si no se desea ingresar los valores manualmente, se puede calcular una instalación predeterminada (ejercicio propuesto) pulsando una serie de botones, lo que facilita el proceso utilizando valores predefinidos.
⚠️ NOTA: No puede usar comas (,) como separadores decimales. Por favor, use puntos (.).
ESQUEMAS Y SISTEMAS CARACTERÍSTICOS DE UNA INSTALACIÓN DE VAPOR
Esquema de funcionamiento general.
Sistema de regulación de presión.
Freidora encamisada.
SELECCIONE PARA QUÉ QUIERE UTILIZAR LA PÁGINA WEB:
Si desea borrar todos los valores de las tablas en cualquier momento del proceso, haga clic en el botón
PARÁMETROS Y DATOS NECESARIOS PARA EL CÁLCULO DE LA INSTALACIÓN DE VAPOR
1. Complete la siguiente tabla con los datos iniciales de la instalación que se enumeran:
| PARÁMETROS | VALOR |
|---|---|
| Patatas por lote (kg) | |
| Calor específico del agua líquida (kJ/kg·°C) | |
| Calor latente de vaporización del agua (kJ/kg) | |
| Porcentaje de humedad a la entrada (kg/kg) | |
| Temperatura a la entrada (°C) | |
| Porcentaje de humedad a la salida (kg/kg) | |
| Temperatura de humo del aceite (°C) | |
| Calor específico del aceite (kJ/kg°C) | |
| Densidad del aceite (kg/m³) | |
| Temperatura inicial del aceite (°C) | |
| Temperatura de consigna para el aceite (°C) | |
| Tiempo de precalentamiento (min) | |
| Tiempo de proceso por lote (min) | |
| Capacidad de la sartén (L) | |
| Rendimiento de la sartén (%) |
2. Complete la siguiente tabla con los parámetros característicos de los diferentes tipos de vapor a tener en cuenta:
Para ello, utilice las tablas y datos de la web de Spirax Sarco.
| TIPO DE VAPOR | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 |
|---|---|---|---|---|---|
| Presión de saturación (bar) man | |||||
| Temperatura de saturación (ºC) | |||||
| Entalpía específica del agua hf (kJ/kg) | |||||
| Entalpía específica de vaporización hfg (kJ/kg) | |||||
| Entalpía específica del vapor hg (kJ/kg) | |||||
| Densidad del vapor (kg/m³) | |||||
| Viscosidad dinámica del vapor (kg/m·s) |
| TIPO DE VAPOR | 5 | 6 | 7 | 8 |
|---|---|---|---|---|
| Presión de saturación (bar) man | ||||
| Temperatura de saturación (ºC) | ||||
| Entalpía específica del agua hf (kJ/kg) | ||||
| Entalpía específica de vaporización hfg (kJ/kg) | ||||
| Entalpía específica del vapor hg (kJ/kg) | ||||
| Densidad del vapor (kg/m³) | ||||
| Viscosidad dinámica del vapor (kg/m·s) |
3. Complete la siguiente tabla con otros parámetros imprescindibles para el cálculo y predimensionamiento de la instalación:
| PARÁMETROS | VALOR |
|---|---|
| Velocidad máxima permisible a la salida del vapor (m/s) | |
| Pérdida crítica de la válvula de regulación (%) | |
| Caída de presión máxima permisible en la conducción (bar) | |
| Longitud real de la conducción (m) | |
| Pérdida de presión por los accesorios (%) |
4. Seleccione el tipo de vapor a disponer en el receptor para que cumpla la siguiente condición:
El tipo de vapor seleccionado debe tener su temperatura de saturación mayor o igual a la temperatura de consigna deseada (en este caso, --- ºC).
NOTA: Para saber si el tipo de vapor seleccionado es válido o no, fíjese en la tabla que se encuentra debajo de este menú de selección.
| TIPO DE VAPOR | PRESIÓN DE SATURACIÓN (bar)man | TEMPERATURA DE SATURACIÓN (°C) |
|---|---|---|
| --- | --- | --- |
5. Seleccionado el tipo de vapor necesario en el receptor, calcule la presión que se necesitaría en la caldera para conseguirlo:
Para calcular correctamente la presión de saturación, .
| PARÁMETROS BÁSICOS PARA LA PRODUCCIÓN DE VAPOR | VALORES |
|---|---|
| Presión requerida en el receptor (bar)abs | --- |
| Temperatura de saturación en el receptor (ºC) | --- |
| Pérdida de carga crítica en la válvula reguladora (%) | --- |
| Presión antes de la válvula (bar)abs | --- |
| ∆P máx en la conducción (bar) | --- |
| Consigna presión teórica caldera (bar)abs | --- |
| ∆Margen de precuación (+5% bar) | --- |
| Consigna presión caldera (bar)abs | --- |
| Consigna presión deseada caldera (bar)man | --- |
6. Seleccione el tipo de vapor a producir en la caldera para que cumpla la siguiente condición:
La presión de saturación debe ser mayor o igual que la presión de consigna calculada (en este caso, --- bar).
NOTA: Para saber si el tipo de vapor seleccionado es válido o no, fíjese en la tabla que se encuentra debajo de este menú de selección.
Datos del vapor seleccionado en la caldera
| TIPO DE VAPOR | PRESIÓN DE SATURACIÓN (bar) | TEMPERATURA DE SATURACIÓN (°C) |
|---|---|---|
| --- | --- | --- |
Si quiere eliminar todos los valores de las tablas, presione .
CÁLCULO Y PREDIMENSIONAMIENTO DE LA INSTALACIÓN
7. Calcule el flujo de vapor mínimo necesario para asegurar el correcto funcionamiento de la instalación
Una vez se han rellenado todos los parámetros y datos básicos para el cálculo de la instalación, se procede a calcular el caudal de vapor necesario para asegurar el buen funcionamiento de la instalación. Para ello, se aplican las siguientes expresiones:
Para el cálculo del flujo mínimo, .
7.1. Tablas resumen del primer y segundo transitorio:
| TRANSITORIO 1º: CALENTAMIENTO DEL ACEITE | |
|---|---|
| Energía teórica necesaria (MJ) | --- |
| Energía a aportar a la sartén (MJ) | --- |
| Tiempo de calentamiento (min) | --- |
| Potencia a aportar en vapor (kW) | --- |
| Entalpía específica disponible (kJ/kg) | --- |
| Entalpía específica del condensado (kJ/kg) | --- |
| Salto entálpico específico (kJ/kg) | --- |
| Flujo de vapor (kg/h) | --- |
| TRANSITORIO 2º: FREÍR UN LOTE | |
|---|---|
| Energía teórica para elevar a 100ºC (MJ) | --- |
| Energía de vaporización (MJ) | --- |
| Energía a aportar a la sartén (MJ) | --- |
| Tiempo de proceso por lote (min) | --- |
| Potencia a aportar en vapor (kW) | --- |
| Entalpía específica disponible (kJ/kg) | --- |
| Entalpía específica del condensado (kJ/kg) | --- |
| Salto entálpico específico (kJ/kg) | --- |
| Flujo de vapor (kg/h) | --- |
7.2. El valor máximo de flujo de vapor en kg/h es:
| TRANSITORIO | FLUJO DE VAPOR MÁXIMO (kg/h) |
|---|---|
| --- | --- |
Si desea borrar o recalcular la instalación con otros valores, haga clic en el botón .
8. Seleccione la válvula reguladora a utilizar siguiendo los siguientes pasos:
8.1. Complete la siguiente tabla con las características de las válvulas disponibles. Además, tenga en cuenta las siguientes cuestiones:
- La forma de nombrar a las válvulas (casilla OPCIÓN) debe seguir la estructura del siguiente ejemplo: DN32.
- "Kv" representa el coeficiente de restricción de la válvula.
- Los valores de esta tabla se obtienen de los catálogos y especificaciones de cada fabricante.
| OPCIÓN | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| DN (mm) | |||||||||
| PASO (cm²) | |||||||||
| Kv 1 | |||||||||
| Kv 2 | |||||||||
| Kv 3 | |||||||||
| Kv 4 |
8.2. Calcule los distintos parámetros de selección y descarte de las válvulas de regulación disponibles:
Para la correcta selección de la válvula de regulación, aplicamos las siguientes expresiones:
Para calcular el valor de los parámetros de selección de la válvula de regulación, .
| OPCIÓN | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Diámetro Nominal (mm) | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- |
| Flujo de vapor (kg/h) | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- |
| Volumen específico vapor (m³/kg) | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- |
| Flujo volumétrico vapor (m³/h) | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- |
| Apertura de paso (cm²) | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- |
| Velocidad salida vapor (m/s) | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- |
| Velocidad máxima salida vapor (m/s) | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- |
| Verificación velocidad salida | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- |
| Consigna presión efectiva caldera (bar)man | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- |
| Presión requerida en el receptor (bar)man | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- |
| ΔP requerida (bar) | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- |
| Pérdida de carga relativa | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | Coeficiente válvula Kv teórico (m³/h) | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- |
| Coeficiente válvula Kvs (m³/h) | |||||||||
| Rango de trabajo (abierta toda) (%) | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | Verificación Kvs elegido | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- |
Si desea borrar o recalcular la instalación con otros valores, haga clic en el botón .
9. Seleccione las conducciones de la instalación (diseño de la instalación basado en pérdidas de carga):
9.1. Las propiedades mecánicas d elas conducciones a utilizar son:
9.2. Complete la siguiente tabla con las características de las conducciones disponibles. Además, tenga en cuenta las siguientes cuestiones:
- La forma de nombrar a las conducciones (casilla DENOMINACIÓN) debe seguir la estructura del siguiente ejemplo: 1 1/4'' DN32.
- Debe utilizarse tubo de acero al carbono sin soldadura según DIN 2448/1629 EN 10216-1 (válido hasta 300 °C) y un espesor acorde con la presión.
- TUBO DE ACERO SOLDADO DIN 2440 serie MEDIA-COTAIN.
- TUBO DE ACERO SIN SOLDADURA DIN 2440 espesor típico.
- Los valores de esta tabla se encuentran en los documentos de los distintos fabricantes de conducciones.
| DENOMINACIÓN | Øext (mm) | ESPESOR (mm) | Øint (mm) | RUGOSIDAD (mm) |
|---|---|---|---|---|
9.2. Calcule los distintos parámetros de selección y descarte de las conducciones disponibles:
Para completar los datos que reqieren una tabla, use las tablas de la web de Spirax Sarco.
Para calcular el valor de los parámetros de selección de la conducción, .
| PARÁMETROS DE SELECCIÓN | VALOR |
|---|---|
| Longitud real de la conducción L (m) | --- |
| Incremento por accesorios (%) | --- |
| Longitud equivalente de la conducción Le (m) | --- |
| ΔP máxima en la conducción (bar) | --- |
| Presión al inicio de a instalación (bar g) | --- |
| Presión al final de a instalación (bar g) | --- |
| F1 (tabla 10.2.5) para presión inicial | |
| F2 (tabla 10.2.5) para presión final | |
| PDF teorico (F1-F2)/Le | --- |
| PDF adoptado (tabla 10.2.6) | |
| Flujo de vapor necesario (kg/h) | --- |
| Øint mínimo nominal (mm) (tabla 10.2.6) | |
| Capacidad máxima de la conducción (kg/h) |
9.3. Seleccione la conducción a utilizar:
9.4. Los parámetros característicos de la conducción seleccionada son:
| Denominación | --- |
| Øext (mm) | --- |
| Espesor (mm) | --- |
| Øint (mm) | --- |
| Rugosidad (mm) | --- |
| Velocidad vapor (m/s) | --- |
| Capacidad máxima conducción (kg/h) | --- |
Si desea borrar o recalcular la instalación con otros valores, haga clic en el botón .