Indique la carga, la superficie de la camisa o del serpentín, el U y el medio (vapor o fluido) para saber en cuánto tiempo llega el producto a la temperatura, cuánto calor y vapor consume la carga y cuánto cuesta por carga y por año.
Herramienta de predimensionamiento y estimación: los resultados no sustituyen al proyecto, cálculo o informe firmado por un técnico competente ni la verificación conforme a las normas aplicables.
Producto (línea continua) y medio de calentamiento o enfriamiento (discontinua). La curva se aplana al final porque la diferencia de temperatura disminuye.
La misma carga con U del 50% al 150% del indicado. Muestra cuánto depende el resultado del coeficiente de intercambio.
Temperatura prevista del producto, potencia intercambiada y consumo acumulado en cada intervalo. Úsela para comprobar la carga real en el panel.
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Estima cuánto tarda un depósito con camisa o serpentín en calentar o enfriar una carga, cuánto calor y vapor consume y cuánto cuesta por carga y por año. Úsela para planificar la secuencia de producción, comparar vapor con agua caliente o aceite térmico, valorar si compensa ampliar la superficie de intercambio y comprobar si una carga real va más lenta de lo debido.
Con las ecuaciones de carga de Kern (Process Heat Transfer, cap. 18), suponiendo producto bien mezclado. Con vapor, t = C ÷ (U·A) × ln[(Ts − Ti) ÷ (Ts − Tf)], donde C es la masa por el calor específico del producto más la del depósito. En el ejemplo, 5000 kg de producto (cp 3,9 kJ/kg·K) y 1200 kg de acero, de 25 °C a 80 °C con vapor a 3 bar(g) (143,7 °C), U de 600 W/(m²·K) y 10 m² de camisa, tardan 35 minutos.
El vapor condensa a temperatura constante, así que solo cambia la temperatura del producto. Un fluido sin cambio de fase se enfría (o se calienta) al pasar por la camisa y sale entre su temperatura de entrada y la del producto; entra entonces el factor K = e^(U·A ÷ ṁ·cp) de Kern, y el caudal del fluido también limita el intercambio. En el ejemplo de enfriamiento, llevar los 5000 kg de 80 °C a 35 °C con agua de torre a 28 °C, 10.000 kg/h y U de 350 W/(m²·K) lleva 3 h 42 min.
La lista recoge valores centrales de la tabla de coeficientes globales típicos de Sinnott (Coulson & Richardson, vol. 6): camisa con vapor y disolución acuosa, 500 a 700 W/(m²·K); serpentín con vapor en depósito agitado, 800 a 1500. Es la mayor incertidumbre: en el ejemplo, un U un 30% menor lleva la carga a 50 minutos y un 30% mayor, a 27. Lo mejor es calibrarlo: anote la temperatura del producto en dos momentos de una carga real y ajuste U hasta que la curva coincida.
En el ejemplo, la carga consume 546 kg de vapor, con un 5% de pérdidas al ambiente, porque cada kilo de vapor a 3 bar(g) cede unos 2133 kJ al condensar. El caudal no es constante: al inicio, con el producto frío, llega a 1266 kg/h y luego baja, con una media de 942 kg/h. La válvula de control, la línea, el purgador y la capacidad de la caldera deben atender la punta, no la media.
Con vapor a 40 € la tonelada, la carga del ejemplo cuesta 21,82 € y 600 cargas al año suman unos 13.000 €. Para reducirlo: aislar tapa y virola (pérdidas del 10% al 20% en un depósito desnudo), devolver el condensado a la caldera, mantener la camisa limpia y drenada (purgador y purga de aire en buen estado) y no calentar más de lo necesario, porque los últimos grados son los más lentos.
El cálculo supone producto homogéneo, U y cp constantes y no considera aire o condensado retenidos en la camisa, productos que espesan ni reacciones que liberan calor. Es un predimensionamiento. La camisa de vapor es un equipo a presión sujeto al Reglamento de equipos a presión: presión de servicio, válvula de seguridad e inspecciones requieren un técnico competente, igual que el proyecto de una nueva superficie de intercambio o de un agitador.
Aviso importante: las herramientas de Indus Metrics realizan estimaciones y predimensionamientos a partir de los datos introducidos y de métodos de ingeniería publicados. No sustituyen al proyecto, la memoria ni el certificado firmados por un técnico competente, ni la verificación conforme a las normas técnicas y la legislación aplicables, como el Real Decreto 1215/1997 sobre equipos de trabajo o el Reglamento de Equipos a Presión. Las propiedades de materiales y combustibles varían: compruébelas con el fabricante o con análisis de su proceso antes de decidir. Al usar el sitio acepta el Aviso legal y condiciones de uso.
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