Tareas de universidad

1. DISEÑO DE UNA PLANTA DE
DESALINACION DE AGUA DE MAR POR
COMPRESIÓN DE VAPOR
ANGELA REYES CARVAJAL
BRYAN VALENZUELA ROJAS
SAMEC ACOSTA PEREZ
RICARDO MORALES PERTUZ
KEVIN CABALLERO PABON
FERNANDO CAMACHO PEREZ
MANUEL BALLESTEROS RUGELES
DAYAN SANCHEZ
IVAN MORA
SISTEMAS TERMICOS

2. REQUERIMIENTOS Y RESTRICCIONES
Para el diseño de la planta de desalinización es importante tener en cuenta los siguientes requerimientos:
• El coeficiente de transferencia de calor para el precalentador de placas debe ser alto, para disminuir el tiempo de residencia
de los fluidos.
• La presión de alimentación del evaporador- condensador debe corresponder a la atmosférica, y la del compresor debe ser
mayor a la presión atmosférica.
• Se debe depurar 1000 kg/h de agua de mar.
• Respecto a las características cualitativas de la planta se debe cumplir que: el precalentador debe ser de placas con múltiples
pasos, el evaporador condensador debe ser de tubos y coraza vertical de una fase y el compresor debe ser centrifugo.
• El agua de mar debe entrar al precalentador para luego dirigirse hacia el evaporador-condensador donde todo el vapor de
agua se irá hacia el compresor centrifugo.
Para el diseño de la planta de desalinización es importante tener en cuenta las siguientes restricciones:
• No usar energía diferente a la eléctrica para el funcionamiento principal del sistema.
• No debe haber un reprocesamiento de agua para eliminar la totalidad de sal en el agua, esto quiere decir que el evaporador-
condensador debe eliminar la totalidad de sal en un solo ciclo.
• No se puede desperdiciar la energía que conserva el fluido evaporador al salir del evapo-condensador, es decir, se debe usar
para un sistema de precalentador.

3. ANALISIS CONCEPTUAL DEL SISTEMA
•Mediante el desarrollo del proyecto, nos encontramos con Datos y procedimientos que se dieron
el aparendizaje de las materias como lo son Transferencia de calor y termodinámica,
permitiéndonos asi modelar los procesos correspondientes al proyecto.
LOS PROCESOS FUERON LOS SIGUIENTES
Analisis Masico:
•Magua= Mvapor + Mpurga
•Qev=Magua∗(h2-h1)
•Qev=Magua∗(h3-h4)
•Wc=Mvapor∗(h3-h2)

5. PRECALENTADOR DE PLACAS
 Datos de proceso:
T1 entrada del evaporador y T5 salida precalentador.
Propiedades termofísicas agua: mu=0.001342 Cp=4.165 Pr=2.156 To=25 ºc
 Datos geométricos:
Son datos que se tienen de los elementos que se disponen para la constitución del
intercambiador (placa y empaque) y un valor asumido como es el área por placa.
Ap=0.039 [𝑚2
] tp=0.5 [mm] c=5 [mm]
 Datos de criterio:
La temperatura de salida del precalentador que tiene que ser mayor a la temperatura
ambiente y menor a la temperatura de saturación por eso se asume una T=50 ºc y el
cálculo de las propiedades se hace con la temperatura promedio asumida.

6. CORRELACIONES USADAS
 Ecuación de transferencia de calor
𝑄 = 𝑚 ∗ 𝑐𝑝 ∗ ∆𝑇
 Ecuación de flujo másico.
𝑚 = 𝑣 ∗ 𝑠 ∗ 𝜌
 Número de Reynolds
𝑅𝑒 =
𝑣 ∗ 𝑙𝑐
µ
 Número de Nusselt
𝑁𝑢 = 0.023 ∗ 𝑅𝑒0.08
∗ 𝑃𝑟0.4
𝑁𝑢 =
ℎ𝑐 ∗ 𝐷
𝐾𝑓
𝑃𝑟 =
𝜇 ∗ 𝑐𝑝
𝑘
𝐽ℎ = 𝑎ℎ𝑥 ∗ 𝑅𝑒𝑏ℎ𝑥
 Número de Prant
 Factor de transferencia de
calor

7. TABLA DE RESULTADOS
To = Temperatura de entrada
T5= Temperatura de salida
G1= Flujo que pasa por los tubos
Mwater= Masa de agua
Patm= Presión atmosférica

8. Evapo-condensador
Para el desarrollo del diseño de los tubos, fue necesario tomar datos de criterio
como la presion de vacio que teniamos dentro del evaporador, el cual fue
tomada como la presion atomosferica por consideracion del grupo.
La temperatura de salida fue tomada como la temperatura de saturacion a la
salida del evaporador y que esta a su vez, sera la referencia para el analisis del
compresor.
Con los resultados arrojados en el modelamiento en EES del evapo-condensador
se obtienen los criterios geometricos y termicos mas importantes para el
diseño de este componente.
Datos como area, longitud de tubos, longitud de carcasa, entre otros, son las
dimensiones basicas para el desarrollo geometrico del sistema.

9.  El coeficiente global de transferencia de calor (Uevaco), es una correlación entre el estado del
fluido y las condiciones de flujo.
 Donde;
 Y el coeficiente de pelicula de calentamiento;
 Desingn of a solar-assisted mechaical capor compression (MVC) desalination until for remote áreas in the UAE” (Heal & Malek, 2006)
Correlaciones usadas

10. Resultados
Con los resultados arrojados
en el modelamiento en EES
del evapo-condensador se
obtienen los criterios mas
termodinamicos y de
transferencia de calor mas
importantes para el diseño de
este componente.
Datos como las
temperaturas de entrada y
salida de los fluidos, presiones
y coeficientes de conveccion
aplicando las
correlaciones son varios entre
otros criterios importantes
que se obtuvieron en el
analisis de los resultados.

11. CARACTERÍSTICAS DEL COMPRESOR
Tipo: de aire
Instalación / movilidad: estacionario
Accionamiento: con motor eléctrico
Tecnología: centrífugo, de paletas
Lubricación: lubricado
Uso previsto: industrial
Presión: Mín.: 1 bar; Máx.: 2 bar
Caudal: Mín.: 45 m³/h ; Máx.: 82 m³/h
Del catálogo del fabricante se obtiene la siguiente tabla:
Para el modelamiento del compresor nos basamos en la norma American Petroleum Institute (API 617) y en la
norma la norma PDVSA(Petróleos de Venezuela Sociedad Anónima.

12. COMPRESOR CENTRÍFUGO
Correlaciones usadas para el diseño del compresor centrifugo:

13. Datos de entrada del compresor:​
Datos de salida del compresor:​
Variable Valor
P1. Presión del flujo de admisión 106325 [Pa]
Msalmuera 1000 [kg/h]
Porcentaje de uso 80%
T1. Temperatura del fluido en el ingreso 100 °c ; T1 = 373.15 k
m1. Flujo másico utilizable Msalmuera*0.8
Q1. Caudal de aspiración del compresor 73.57 [m^3/h]
N. Exponente politrópico 1,152
Variable Valor
P2corregida 1,38[atm] = 139833 [pa]
T2corregida. Temperatura en la descarga 386,9 [k]
Q2corregido. Caudal de descarga 53,89 [m^3/h]
HPoly. Altura politrópica por impulsor 262,79 [m]
Nimpulsores. Impulsores 2,063
D. Diámetro del impulsor 0,06242
Vgiro. Velocidad de giro del eje del compresor 15299
Hpolycorregido 265,23 [m]

14. ANALISIS DE OPTIMIZACION DEL SISTEMA
COSTO PRECALENDADOR DE PLACAS
AREA COSTO
3.438 (𝑚2
) US 540
 Precalentado de Placas:
El área calculada, correspondiente al precalentado de placas fue de 3.438𝑚2
, para
determinar el costo de este equipo se utilizó un catálogo, en el cual se encontró un

15. COSTO EVAPORADOR CONDENSADOR
AREA COSTO
31.66 (𝑚2
) US 372500
COSTO COMPRESOR CENTRIFUGO
POTENCIA COSTO
596 (𝐾𝑊 US 328900
COSTO TOTAL DE LOS EQUIPOS
EQUIPO COSTO UNITARIO
PRECALENTADOR 540
EVAPORADOR-CONDENSADOR 372500
COMPRESOR CENTRIFUGO 328900
COSTO TOTAL US 701940
 Costo total de los equipos de la planta desalinizadora:
 Costo Compresor Centrifugo:
El costo de este equipo se determinó mediante el programa matches, donde se
especificó que es un compresor centrifugo, y que presenta una potencia de 596 KW. El
costo obtenido fue:
 Costo Evaporador-Condensador:
Una vez determinada el área del evaporador-condensador, se procede a calcular los costos
respectivos. El área utilizada es de 31.66 𝑚2, bajo este parámetro y con ayuda del programa Matches
se encontró el costo del evaporador condensador. En el programa se especificó el tipo de evaporador,
el área y el material.

16. PLOT-PLAN DE LA PLANTA

17. • Como consecuencia de lo expuesto en el proyecto, se pudo concluir que, aunque en la
industria se encuentran múltiples diseños y características de los diferentes compresores,
los cálculos de diseño guiados por las normas no siempre se ajustan al catálogo escogido. Lo
que implica tener en cuenta ciertos factores que cumplan con los requerimientos
necesarios para una adecuada selección. La presión de descarga, la potencia y el caudal de
salida fueron los criterios que se consideraron para elegir el compresor por medio del
catálogo del fabricante.
• Uno de los aspectos más importantes en el análisis del evaporador-condensador vertical, es
que la presión de entrada del agua no es la misma presión atmosférica, ya que en este caso
aumenta debido al peso específico del agua de mar. Según el análisis realizado se encontró
que, para la altura del agua de mar, se puede tomar cualquier valor, claro está teniendo en
cuenta los valores de presión que se manejan, cada metro de altura representa
aproximadamente 10 Kpa extra a la presión de entrada.
• Un intercambiador de calor de placas requiere un menor espacio para tener una buena
transferencia de calor respecto a otro tipo de intercambiadores.
CONCLUSIONES

18. • Un intercambiador de calor de placas al utilizar placas que tengan ondulaciones se
espera incrementar mas la eficiencia del intercambiador pues que aumentaría la
turbulencia de los fluidos y por ende el coeficiente de transferencia de calor.
• Normalmente existen intercambiadores de precalentamiento del agua de aporte con
el destilado y la salmuera enviada al mar, como el número de etapas es reducido
hay que recuperar la energía de salida de la salmuera, ayudados por una resistencia
eléctrica en los arranques, o incluso usando el mismo compresor.

19. ¡GRACIAS!