diseño de un reactor de saponificacion resumen introduccion
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1. DISE O DE UN REACTOR DE SAPONIFICACION J avier Wong Le n Alfredo Barriga ng Mec nico 1999 I ng Mec nico 1973 Director de Tesis ngeniero Mec nico Escuela Superior Polit cnica del Litoral Doctorado en ciencias de ngenier a Mec nica 1979 Profesor de la ESPOL desde 1973 RESUMEN El dise o el reactor de saponificaci n se hizo sobre la base de c digos internacionales en donde la saponificaci n es la divisi n de las grasas El dise o siempre se lo realizo pensando en los materiales y herramientas existen en nuestro medio El proyecto se realizo en dos etapas la primera en la cual se dise o mec nicamente el equipo y la segunda en donde se hizo un an lisis t rmico del mismo INTRODUCCION En la industria del jab n existe el proceso de saponificaci n que sirve para la elaboraci n del mismo por lo tanto hace algunos a os el jab n se lo coc a en pailas que necesitan muchas horas hombres y energ a para realizar la saponificaci n hoy con el reactor solo necesitan 4 horas esto nos implica que el reactor es una ventaja competitiva en la industria de la misma El problema puntual es dise ar un reactor de saponificaci n acorde a las necesidades de la producci n en la industria del jab n y dise arlo de tal forma que no tengamos que depender de los pa ses industrializados CONTENIDO l l 1 2 Saponificaci n La saponificaci n es la operaci n industrial que tiene por objeto di2. e o mec nico del reactor se ajusto a las necesidades de la industria del jab n optimizando su proceso En cuanto al procedimiento del dise o Mec nico del reactor esta confirmado con la corrida del programa de Analisis Estructural SAP 90 en relaci n a las fuerzas y deformaciones Se pudo observar en el an lisis t rmico como varia el coeficiente convectivo con relaci n a la velocidad esta variaci n es una funci n cuadr tica como podemos ver por R 1 Esta claro que a mayor velocidad tenemos un mayor coeficiente convectivo por lo que en el reactor con la velocidad del agitador de 70 r p m 7 32rad seg esta optimizado En la variaci n del coeficiente convectivo con la temperatura se observa que es una funci n cubica R 1 y se aprecia como a medida que aumenta la temperatura y solo variando este par metro el coeficiente convectivo disminuye es decir a medida que aumenta la temperatura el coeficiente convectivo tiende a cero Esto se debe a que el factor cu k de la ecuaci n que se esta evaluando disminuye al aumentar la temperatura El espesor del aislamiento es de 50mm este resultado si esta acorde con el orden de magnitud de espesor 11 REFERENCIAS 1 KERN Transferencia de calor Prentice Hall 1972 2 MEGYESY EUGENE F Manual de Recipientes a Presi n Limusa M xico 1992 3 Manual del Usuario SAP 90 4 MILLS ANTHONY F Transferencia de calor Irwin Espa a 1995 12
3. ivo con la for mula experimental Kern Ref 1 hD 2 213 1 3 0 14 k u ko ll Donde L es la longitud en pies de la paleta D di metro del recipiente p la densidad promedio y u la viscosidad del l quido h coeficiente convectivo k el coeficiente conductivo u Uy Coeficiente de viscosidades en donde puwes la viscosidad de la masa N tese que el n mero de Reynolds LN p u esta modificado y esta expresado en funci n de la velocidad angular Remplazando valores y obteniendo curvas haciendo variar la velocidad Fig 4 y la temperatura Fig 5 se obtiene un coeficiente convectivo promedio h 314 82W m K Con este resultado se obtiene la trasferencia de calor hacia el tanque que es de 7072 Watt este resultado se obtiene de la Ley de enfriamiento de Newton Ref 4 El espesor del aislamiento se lo calculo Con la ley de Fourier de trasferencia de calor Ref 4 y el resultado es de 50mm de espesor de aislamiento lana de vidrio en la parte exterior de la camisa 300 250 200 Coef convectivo W m K hj Vs N y 0 9058x 40 589x 58 041 R 1 2 3 4 Velocidad rad seg 5 Fig 4 Coeficiente Convectivo Vs Velocidad Coef convectivo W m K 340 hj Vst y 0 0033x 0 7839 63 429x 2049 4 R 1 20 30 40 50 temperatura C Fig 5 Coeficiente convectivo Vs Temperatura 10 CONCLUSIONES Como se pudo observar el dis
4. l recipiente ft p densidad Ib ft Z altura de la porci n h meda ft Las formulas anteriores todas se deben usar en unidades coherentes Remplazando los datos se obtuvo la siguiente tabla de resultados 1 3 TABLA DE RESULTADOS Tabla 1 Resultados del dise o Metalmec nico RESULTADOS DEL CALCULO METALMECANICO Espesor del tanque 10mm Material del tanque ASTM 131 grado C Espesor de la chaqueta 6 mm 2 mm 8 mm Material de la chaqueta ASTM 131 grado C Dimensiones del anillo atiesador 50x100mm Longitud entre anillos atiesadores Ls 1325mm Material del anillo atiesador ASTM 36 Proceso de Soldadura SMAW Electrodos E 6010 E 7018 Potencia del motor 15 HP Para confirmar los resultados obtenidos se realizo la simulaci n en un programa de an lisis estructural SAP 90 en donde en la fig 2 se pueden ver la fuerza m xima y en la fig 3 la deformada Estos resultados sirvieron para tener una exactitud en la distribuci n de las fuerzas en el tanque Fig 2 Distribuci n de la fuerza m xima en el tanque la escala de colores indica como estas distribuida esta fuerza Fig 3 Deformada del tanque se aprecia como seria la deformaci n en caso de que falle el recipiente En el espesor de la chaqueta como pueden ver en la tabla 1se le ha aumentado 2 mm esto se debe al margen de corrosi n 1 4 ANALISIS TERMICO En la parte t rmica se calculo el coeficiente convect
5. vectivo como veremos mas adelante Para l calculo de estas variables utilizamos las formulas siguientes tomadas del c digo ASME Secc VIII Div 1 La formula para l calculo de la potencia del motor se la tomo Kern Ref 1 FORMULA PARA RECIPIENTE SOMETIDO A PRESION INTERNA ya PR SE 0 6P Donde P presi n interna R radio S esfuerzo t espesor de plancha E eficiencia de la junta soldada FORMULA PARA RECIPIENTES SOMETIDOS A PRESIONES EXTERNAS paz 48 3 D t Donde Pa presi n de operaci n B Factor obtenido mediante tabla UCS 28 del Cod ASME D di metro t espesor FORMULA PARA DISENO DE LOS ANILLOS DE ATIESAMIENTO DL ya ha 5 L I S 14 A Factor determinado de la figura UGO 28 Del Cod ASME Secc VIII Div 1 del material usado para el anillo atiesador As Area de secci n transversal del anillo atiesador pulg Do Di metro exterior del casco pulg E M dulo de elasticidad del material Is Momento de inercia requerido del anillo atiesador respecto a su eje neutro paralelo al eje del casco pulg Ls Distancia entre la linea de centros de un anillo atiesador hasta el siguiente anillo atiesador P presi n externa de dise o Lb pulg POTENCIA DELMOTOR Para la potencia del motor se utilizo la formula experimental de recipientes agitados KERN Ref 1 Donde hp I2K1I0 DEON ys ap J y ancho del agitador ft N velocidad rps viscosidad lb ft seg D Di metro de
6. vidir los glic rido o cuerpos grasos en sus componentes cidos grasos y glicerina Es una reacci n de la siguiente forma Grasa agua cido graso glicerina Esta reacci n se produce dentro de un equipo que es el reactor de saponificaci n DISE O El dise o mec nico se baso en el c digo ASME Secci n VIII Div 1 pues el equipo esta sometido a presiones externas y presiones internas ver fig 1 En la figura se puede observar que el equipo esta compuesto por una camisa de calentamiento esta a su vez esta haciendo presi n externa hacia el tanque DESCRIPCION Camisa de calentamiento Tanque Eje agitador Motor Bafles Entrada y salida de agua caliente Boquillas de vapor Entrada y salida de producto 0 OU uNa 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Neplo para term metro M nsulas de soporte Tapa abatible Cuadrante desmontable Base de motor Orejas izadoras Mirillas Escalera interior Angulo de soporte Paletas Rascador de fondo i N L O Fig 1DESCRIPCCION DEL REACTOR En el dise o se tuvieron que calcular el espesor de plancha del tanque que esta sometido a presi n externa espesor de plancha de la camisa la cual esta sometido a presi n interna anillos de atiesamiento el cual rigidiza la estructura del cilindro y a su vez separa las camisas potencia del motor espesor de aislamiento y coeficiente con
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