TRANSFERENCIA DE CALOR EN TANQUES AGITADOS


Entre las aplicaciones habituales de procesos químicos y biológicos, se requiere el uso de recipientes agitados en operaciones discontinuas en las cuales se presenta un calentamiento o enfriamiento del reactor agitado, manteniendo una temperatura constante durante el periodo de reacción, por lo que en la actualidad se utilizan dos tipos de sistemas de intercambio de calor, siendo estos:

a) Chaquetas de enfriamiento o calentamiento.
b) Serpentines de tubería.

ASDASDA
CHAQUETA

En el encamisado o enchaquetado se utiliza la chaqueta generalmente de forma externa, recubriendo al biorreactor. Siendo éste el medio físico donde el calor puede ser transmitido o absorbido al fluido.

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Se utilizan cuando se precisa de una limpieza frecuente del tanque en cuestión, así como recipientes en los cuales sea difícil colocar serpentines internos. Este proporciona un mejor coeficiente global de transmisión de calor que los serpentines externos. Contrariamente se dispone de área limitada para llevar a cabo la transmisión de calor, así como el fluido líquido no mantiene uniformes sus características en el interior de la camisa.

Se utilizan cuando se precisa de una limpieza frecuente del tanque en cuestión, así como recipientes en los cuales sea difícil colocar serpentines internos. Este proporciona un mejor coeficiente global de transmisión de calor que los serpentines externos. Contrariamente se dispone de área limitada para llevar a la transmisión de calor, así como el fluido líquido no mantiene uniformes sus características en el interior de la camisa.
En la siguiente figura se muestra un recipiente enchaquetado estándar. Consiste de un recipiente y su chaqueta y los medios apropiados para circular el líquido dentro de la misma y un agitador de aspas planas.
Las dimensiones básicas para el cálculo de chaquetas son: altura de la porción húmeda del recipiente Z, diámetro del recipiente D, longitud de la paleta del agitador L y la altura desde el fondo de la paleta hasta el fondo del recipiente B.

CHAKETA.jpg

SERPENTIN




El serpentín de tubos proporciona uno de los medios más baratos de obtener superficie para transferencia de calor. Para el diseño de serpentines para transferencia de calor se debe determinar el área de transmisión de calor necesaria para mantener el liquido contenido dentro del tanque a una temperatura constante o para aumentarla o disminuirla, en un tiempo determinado.

Los serpentines de calentamiento se colocan en la zona baja del tanque, mientras que los de enfriamiento se sitúan en la parte alta del tanque. Pueden también estar colocados en pendiente para facilitar su drenaje.

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Mayor información podemos encontrar en Equipos para la transmision de calor.RESISTENCIA ELÉCTRICA

Otro tipo de sistema para calentamiento del bioreactor son resistencias eléctricas, su funcionamiento consiste en colocar un alambre alrededor del sistema si fuente de energía es la corriente.
En el siguiente archivo se puede ver la manera de diseñar un reactor con sistema de enfriamiento:

EJEMPLO

Un biorreactor de 150m3 opera a 35C para producir una biomasa fúngica a partir de glucosa. La velocidad de consumo de oxigeno por el cultivo es 1,5kg/m3.h. El agitador disipa calor a una velocidad de 1 kW/m3. Se dispone de 60m3/h de agua de refriferacion procedente de un rio cercano a 10c, la cual pasa a través de un serpentin interno colocado en el tanque de fermentación. Si el sistema opera en estado estacionario, cual es la temperatura de salida del agua de refrigeración?.


Solución:

La velocidad de generación de calor en cultivos aerobios se calcula directamente a partir de la demanda de oxigeno. Entonces, por cada mol de oxigeno consumido se desprenden 460kJ de calor, aproximadamente. Por tanto, la carga de calor metabólico es:

serpentin 1.JPG
El calor metabólico es negativo porque la fermentación es exotérmica. La velocidad de disipación de calor por el agitador es:
serpentin 2.JPG
Ahora se puede calcularse Q a partir de la ecuación:


serpentin 3.JPG
La densidad del agua de refrigeración es 1000kg/m3, entonces:
serpentin 4.JPG


El calor específico del agua es 75,4J/mol.C. Entonces:
serpentin 5.JPG
Ahora puede aplicarse la siguiente ecuación, resolviendo para Tco:

serpentin 6.JPG

La temperatura de salida del agua es de 25C.


Referencias:

http://www.radiadoresgallardo.cl/topintercambiaodres.pdf