Intercambiador de calor - Cámara de mezclado

En este equipo ingresa más de una corriente de fluido (gas ideal o vapor), que luego de mezclarse, salen bajo un mismo estado. La condición de funcionamiento para este equipo, es que las presiones de entrada deben ser iguales a la presión de salida. La cámara de mezcla funciona en régimen permanetes adiabática.

 Condición  Presión de entrada (P1,P2)
 Temperatura de entrada (T1,T2)
 - Entalpía de entrada (h1,h2) ,
-
Condiciones de salida:
 - Presión de salida (P3)
- Temperatura de salida (T3)
- Entalpía de salida (h3) Coondiciones de entrada:

Commparación e-n las condiciones de entrada y salida de una válvula. P1 = P2 = P3 T1 ≠ T2 ≠ T3 h1 ≠ h2 ≠ h3 Ecuación de continuidad:

Primera Ley de la Termodinámica: Energía (E), en las cámaras de mezclas los cambios de energía cinética y potencial no se consideran en la 1era ley debido a que sus valores son pequeñas s en comparación con los otros balances de energía. Estos equipos son adiabáticos, lo cual se considera que Q=0, y por lo tanto no se realiza trabajo, o sea, W=0. Entalpia (h)

Vídeo Interactivo:

 Conexión a detalles de fabricación y diseños de cámaras de mezclado.cree


http://www.slideshare.net/yumardiaz/intercambiadores-decalortiposgeneralesyaplicaciones

DIFUSORES

El difusor desacelera el fluido al aumentar el área transversal por donde circula el fluido ocasionando un aumento en su presión.

 La transferencia de calor que se da es pequeña y por eso es despreciada, al igual que en las toberas, es considerado un dispositivo adiabático.

Debido a los cambios que hay en la velocidad el cambio en la energía cinética es bastante apreciable y como este fluido experimenta poco o ningún cambio en la elevación la energía potencial es despreciable.

Además en un  dispositivo que transforma la energía cinética en entalpia.

Ejemplo: El difusor de inyección (PCI) cuenta con un deflector de aleta curva en el cuello para dirigir el aire a 1, 2, 3 ó 4 vías. El difusor de retorno (PCR) no tiene este deflector, sin embargo mantiene la misma apariencia que el difusor (PCI)

DIAGRAMA Y PROPIEDADES 

 V₂ << V₁

P₂ > P₁

 Q = 0

W = 0

A₂ > A₁

T₂ < T₁

_{DIBUJO ESQUEMATICO}

_{ECUACION DE CONTINUIDAD}

      Ʃṁ_{e =} Ʃṁ_s

_{ECUACION QUE RIGE A LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA} 

ṁ_e (h_e + V_e² /2) = ṁ_s (h_s + V_s² /2)

VIDEO SOBRE DIFUSORES PARA BOMBAS SUMERGIBLES

HIPERVINCULOS

Funcion y objetivo de un Difusor de F1

Diseño de Difusores

Válvulas

Es aparato mecánico con el cual se puede iniciar, detener o regular la circulación de un flujo (líquidos o gases) . Funcionan de manera que se pueden: abrir y cerrar, conectar y desconectar, regular, modular o aislar una enorme serie de líquidos y gases, desde los más simples hasta los más corrosivos o tóxicos Pueden trabajar con presiones que van desde el vació hasta más de 140 Mpa y temperaturas desde las criogénica (temperaturas bajas) hasta 815°C. La condición de funcionamiento en las válvulas es que la entalpía de entrada debe ser igual a la de salida.

Propiedades de estado:

Condiciones de entrada: -Presión de entrada (Pe) -Temperatura de entrada (Te) -Entalpía de entrada (he) Condiciones de salida: -Presión de salida (Ps) -Temperatura de salida (Ts) -Entalpía de salida (hs) Comparación en las condiciones de entrada y salida de una válvula. Pe > Ps Te > Ts he = hs Ecuación de continuidad

Primera Ley de la Termodinámica: -Energía (E) -Entalpia (h) -Velocidad (V)

Conociendo que en las válvulas los flujos másicos son iguales y la velocidades son constantes se pueden obviar para emitir las ecuaciones finales.

-Explicación acerca del diseño y fabricación de los diferentes tipo de válvulas (control, seguridad, retención, otras). 
http://www.mavainsa.com/documentos/5_valvulas.pdf
Mantenimiento, reparación y lubricantes recomendados para el cuidado de válvulas.
http://es.scribd.com/doc/57691391/Mantenimiento-de-valvulas

Vídeo Ilustrativo.

TOBERAS

La tobera es un ducto con área de sección transversal uniformemente variable que al reducirse acelera un flujo de vapor o gas que esta atravesando, transformando su energía potencial manifestada en alta temperatura y su presión en energía cinética además que simultáneamente tiene como consecuencia una caída en la presión del fluido.

Este es un dispositivo que transforma la entalpia en energía cinética.

El cambio de energía potencial, es considerado despreciable al ser comparado con la energía cinética ya que el fluido puede tener un mínimo cambio o ninguno en la elevación, Al igual que la transferencia de calor ya que es muy pequeña, razón por la cual este dispositivo es considerado  adiabático.

Ejemplo: dispensadores de agua utilizados en el riego de plantas. 



DIBUJO ESQUEMATICO

DIAGRAMA Y PROPIEDADES

V₂ >> V₁

P₂ < P₁

 Q = 0

W = 0

A₂ < A₁

T₂ > T₁

_{ECUACION DE CONTINUIDAD} 

Ʃṁ_{e =} Ʃṁ_s

ECUACION PARA LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA

ṁ_e (h_e + V_e² /2) = ṁ_s (h_s + V_s² /2)

PASO DEL FLUIDO POR UNA TOBERA

HIPERVINCULOS

se habla de las toberas en instalaciones de camaras impeletes, que resultan ser las mas simple y baratas de fabricar e instalar

Se muestra la operacion de las toberas.

Turbina

La turbinas son máquinas motrices de flujo continuo que producen trabajo mecánico mediante un sistema de alabes de diversas formas. Esta se encarga de utilizar la energía del vapor de la caldera y transformarla en trabajo para mover un generador eléctrico. Por otro lado, se debe recordar que la energía producida por la turbina debe ser menor a la de la caldera.

Ps < Pe

Ts < Te
Ae = As
hs < he

Conceptos que debes recordar:

• El fluido que entra a la turbina es; vapor sobrecalentado
• El fluido que sale a la turbina es; mezcla saturada 

La ecuación de continuidad para la turbina por ser un sistema cerrado es la siguiente:

ƩṀ_e  =  ƩṀ_S

ṁ_e  =  ṁ_S

Aplicando la primera ley de la termodinámica, se desprecia tanto la energía cinética y potencial debido a que sus valores son aproximados a cero, mientras que en una turbina adiábatica no hay liberación de calor.

E_{entrada –} E_{salida = ∆} E_{sistema (es estable debido a que no tiene energía potencial, cinética y interna)}

ṁ_{e *}h_e +  W_turbina =  ṁ_S*h_S 

 W_turbina =   ṁ_S*h_{S -} ṁ_{e *}h_e   (al aplicar la ecuación de continuidad ṁ_e  =  ṁ_S )  

 W_turbina =  ṁ ₍h_{S -}h_{e  )}

En el siguiente vídeo observaran una turbina virtual que muestra su funcionamiento básico.




Fabricación y Diseño de Turbinas

• Empresa Argentina dedica al diseño y fabricación de sistemas tecnológicos complejos dentro de ellos las turbinas. Mantienen una estrecha relación con la Comisión Nacional de Energía Atómica y Comisión de Actividades Aeroespaciales

Diseño y Mantenimiento de Turbinas

• Empresa de ingeniería y de formación técnica, dedicada a la inspección y elaboración de planes de mantenimiento para turbinas y actividades de Generación de Energía.

Bombas y Compresores

Bombas

Una bomba es una máquina que absorbe energía mecánica que puede provenir de un motor eléctrico, térmico etc., y la transforma en energía que la transfiere a un fluido como energía hidráulica la cual permite que el fluido pueda ser transportado de un lugar a otro, a un mismo nivel o a diferentes niveles o a diversas velocidades 

 Entrada: liquido saturado 
Salida liquido comprimido 
Ps>Pe
 Ts ligeramente mayor que Te
 Ʋe es aproximadamente igual Ʋs
 Q= 0 (adiabatico)
 Ecuación de continuidad 
ṁe=ṁs
 VeAe=VsAs 
Primera ley de la termodinámica 
Ʋe(Pe-Ps)= Wbomba

Compresores

Un compresor es una máquina de fluido que está construida para aumentar la presión y desplazar cierto tipo de fluidos llamados compresibles, tal como lo son los gases y los vapores. Esto se realiza a través de un intercambio de energía entre la máquina y el fluido en el cual el trabajo ejercido por el compresor es transferido a la sustancia que pasa por él convirtiéndose en energía de flujo, aumentando su presión y energía cinetica impulsándola a fluir

Entrada

Vapor saturado

Salida

vapor sobrecalentado

P_s>P_e

T_s> T_e

ΔEP=0

ΔEC=o

Q=0

Ecuación de continuidad

ṁ_e =ṁ_s

Primera ley de la termodinámica

ṁ_eh_e = ṁ_sh_s+W_compresor

Algunos enlaces proporcionados para guia de diseño, fabricacion de bombas o compresores


http://www.bvsde.ops-oms.org/tecapro/documentos/agua/161esp-diseno-estbombeo.pdf http://www.compresoresloidi.com.ar/fabricaciondecompresores.html

Condensadores y Evaporadores( Intercambiadores de calor).

• El condensador es un aparato encargado de liberar o extraer el calor de un fluido y expulsándolo al exterior. Mostrando así que su función principal es la de realizar un cambio de estado, permitiendo que una sustancia en este caso  puede ser agua como por ejemplo; y que en un principio está en fase de vapor o gas  pueda salir en un estado líquido.

Esto se logra haciendo circular refrigerante o la sustancia que se desea enfriar por medio de una serie de pequeños laberintos de tubos como se muestran en el vídeo.

Hay que recordar  que este proceso para que ocurra debe ocurrir lo siguiente, las presiones tanto de entrada como salida van a permanecen constantes, esta conclusión se logró determinar  debido a que las diferencias en las presiones de salida y entrada vendrían siendo casi mínimas logrando un mejor entendimiento y manejo en las conclusiones de trabajo para los siguientes análisis.

matemáticamente el comportamiento para un condensador se trabaja con las ecuaciones de continuidad y energía.

• los evaporadores

 realizan casi el mismo principio que el de un condensador pero a manera inversa, debido que este transforma una sustancia que originalmente está en su forma líquida calentándola hasta que la misma se convierta en vapor o gas que más tarde entra al sistema. Para esto se requiere la implementación de calor donde se hace circular el líquido por medio de rendijas como:

Y se hace circular otro líquido a mayor temperatura permitiendo así que el líquido se evapore y alcance el estado que deseemos alcanzar. 

Las ecuaciones para determinar matemáticamente el comportamiento para un evaporador se trabajan casi igual que las de un condensador con las ecuaciones de continuidad y energía.

a continuación se muestran una serie de vídeos los cuales reflejan el uso de dichos aparatos en conjunto para labores de refrigeración y el ultimo para una planta de producción con sus ductos de enfriamiento. 

Caldera

Se conoce como caldera al conjunto de tubos que absorben la energía calorífica de la combustión para generar vapor ; es decir la caldera  a presión constante, le transfiere calor al fluido entrante el cual llega a la misma en forma de liquido saturado o comprimido sale como vapor saturado o sobrecalentado. Tiene la capacidad generar electricidad por medio del ciclo Rankine. 

Esquema de la caldera

P_{e =} P_s

T_{e =>} T_s

El fluido que entra a la caldera es; liquido saturado o liquido comprimido

El fluido que sale a la caldera es; vapor saturado o vapor sobrecalentado 

La ecuación de continuidad para la caldera es:

ƩṀ_e  =  ƩṀ_S

ṁ_e  =  ṁ_S

Aplicando la primera ley de la termodinámica, se desprecia tanto la energía cinética y potencial debido a que sus valores son aproximados a cero. en una caldera no hay trabajo involucrado.

E_{entrada –} E_{salida  =  ∆} E_{sistema (es estable debido a que no tiene energía potencial, cinética y interna)}

ṁ_{e *}h_e + Q_caldera  =  ṁ_S*h_S 

 Q_{caldera =}   ṁ_S*h_{S -} ṁ_{e *}h_e   (al aplicar la ecuación de continuidad ṁ_e  =  ṁ_S )  

 Q_{caldera =}  ṁ ₍h_{S -}h_{e  )}

En el siguiente vídeo observaran una caldera que muestra su funcionamiento por medio de tubos alineados que absorben energía calorífica de la combustión para generar vapor.

Para mayor información, ver:


Servicio de caldera 

• Empresa comercial y servicio técnicos que brinda soluciones a todo tipo de calderas, el cual se ubica en el Perú. Son reconocidos como empresas líder en soluciones integrales y consultaría de las necesidades y requerimientos de los clientes.

Diseño de Caldera

• Empresa dedicada a generar energía limpia a menor costo y diseñar calderas para los clientes tantos residenciales como comerciales, ubicados en Chile ofrecen el servicio de generación de agua y vapor.