miércoles, 26 de junio de 2013

Cámara de Mezcla (Intercambiador de calor por contacto directo)


Funcionamiento del dispositivo 


La sección donde sucede el proceso de mezclado de dos corrientes de fluidos, es llamada cámara de mezcla, o mezclador.
Este tipo de dispositivo solo se emplea en los sistemas continuos o circulantes para la mezcla completa de fluidos miscibles.

Es un equipo en el cual ingresan 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 permanente y es adiabática.

Aplicaciones de la cámara de mezcla

  • En la soldadura autógena, se utiliza una pequeña cámara de mezclado dentro del soplete, en donde se mezcla el combustible(acetileno) con el oxigeno, causando así una llama, que por medio de reguladores, se obtienen distintos tipos de llama. 
  • En algunas piscinas, por lo general las mas grandes, se utiliza una cámara de mezclado de agua y cloro, en donde para ahorrar el trabajo manual de regar el cloro en polvo por la piscina, con la ayuda de una bomba, se tira este fluido proveniente de la cámara de mezcla, hacia la piscina.
  • Un ejemplo clásico de una cámara de mezclado lo constituyen las llaves de paso en las regaderas caseras, en donde se busca acondicionar la temperatura del flujo de agua dependiendo de la apertura de la llave fría o caliente.




Diagrama esquemático

                               

Consideraciones


  • La transferencia de calor es insignificante ya que normalmente están bien aisladas.
  • Se desprecian los cambios de energía potencial en el dispositivo.
  • Los cambios de la energía cinética en el dispositvo son muy pequeños como para tomarse en cuenta.
  • No hay trabajo asociado.

Propiedades de entrada y de salida

  • El fluido sale en forma de mezcla saturada.
  • Es un dispositivo adiabático ya que la presión en ambas entradas es igual a la presión en la salida.
  • El flujo másico en la salida viene dado por la suma de los flujos másicos de ambas entradas.

Ecuación de continuidad para una cámara de mezcla


Primera ley de la Termodinámica para una cámara de mezcla 


                         

                 Sabiendo que,
                                                               entonces:
                              
                 Agrupando términos semejantes y reacomodando la ecuación

                            

                donde:
                                 
                                             

Video explicativo del funcionamiento de una cámara de mezcla



Otras páginas web con información de este dispositivo


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Válvula

Funcionamiento del Dispositivo

Una válvula se define como un aparato mecánico con el cual se puede iniciar, detener o regular la circulación (paso) de líquidos o gases mediante una pieza movible que abre, cierra u obstruye en forma parcial uno o más orificios o conductos.

Las válvulas son unos de los instrumentos de control más esenciales en la industria. Debido a su diseño y materiales, las válvulas 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. Sus tamaños van desde una fracción de pulgada hasta 30 ft (9 m) o más de diámetro. Pueden trabajar con presiones que van desde el vació hasta mas de 20000 lb/in² (140 Mpa) y temperaturas desde las criogénicas hasta 1500 °F (815 °C). En algunas instalaciones se requiere un sellado absoluto; en otras, las fugas o escurrimientos no tienen importancia.

La palabra flujo expresa el movimiento de un fluido, pero también significa para nosotros la cantidad total de fluido que ha pasado por una sección de terminada de un conducto. Caudal es el flujo por unidad de tiempo; es decir, la cantidad de fluido que circula por una sección determinada del conducto en la unidad de tiempo.

Dibujo Esquemático

Propiedades de Entrada y Salida


  • Las válvulas son por lo regular dispositivos pequeños, y se puede suponer que el flujo por ellos es adiabático puesto que no hay suficiente área, ni tiempo suficientemente grande para que ocurra alguna transferencia de calor efectiva.
                                                           

  •  No se realiza trabajo 
                                                          
  • El cambio de energía potencial, si tiene lugar, es muy pequeño.
                                                        
  • Aun cuando la velocidad de salida sea con frecuencia considerablemente mayor que la velocidad de entrada, en muchos casos el incremento de energía cinética es insignificante.
                                                        
  • Los valores de entalpía en la entrada y la salida de una válvula son los mismos.
                                                  

Ecuación de Continuidad

Primera Ley de la Termodinámica


Vídeo del funcionamiento de una Válvula


Otras páginas de interés de este dispositivo


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Bomba

Descripción del dispositivo

Dentro de los diferentes procesos químicos e industriales existe la necesidad de transportar fluidos (líquidos y gases) de un lugar a otro utilizando para ello ductos o canales. Este movimiento se logra por medio de una transferencia de energía. Para ello se utilizan equipos denominados "bombas". 

El bombeo es la adición de energías cinética y potencial a un líquido con el fin de moverlo de un punto a otro. Las bombas son mecanismos que incrementan la energía mecánica del líquido, aumentando su velocidad, presión o elevación. Existen bombas centrífugas y bombas de desplazamiento positivo, siendo las primeras las más comunes  Una bomba centrífuga aprovecha la fuerza centrífuga generada por un dispositivo giratorio -llamado impulsor o rodete- que gira dentro de una carcasa. El líquido entra a la bomba por la succión generada por el impulsor rotatorio y es enviado hacia afuera por acción centrífuga de esta manera:



Las bombas centrífugas tienen un uso muy extendido en la industria ya que son adecuadas casi para cualquier uso. Constituyen no menos del 80% de la producción mundial de bombas, porque es la más adecuada para mover más cantidad de líquido que la bomba de desplazamiento positivo.


Las Bombas centrífugas también llamadas Rotodinámicas, son siempre rotativas y son un tipo de bomba hidráulica que transforma la energía mecánica de un impulsor. El fluido entra por el centro del rodete, que dispone de unos álabes para conducir el fluido, y por efecto de la fuerza centrífuga es impulsado hacia el exterior, donde es recogido por la carcasa o cuerpo de la bomba, que por el contorno su forma lo conduce hacia las tuberías de salida o hacia el siguiente rodete se basa en la ecuación de Euler y su elemento transmisor de energía se denomina impulsor rotatorio llamado rodete en energía cinética y potencial requeridas y es este elemento el que comunica energía al fluido en forma de energía cinética.

Diagrama Esquemático

Consideraciones

  • La transferencia de calor es insignificante  ya que normalmente están bien aisladas.  
  • No hay cambio de energía potencial en el dispositivo.
  • Por lo general los cambios de la energía cinética son muy pequeños como para tomarse en cuenta por lo que sólo se tomará en cuenta en caso de que nos den datos de las velocidades o áreas en la entrada o salida.

Propiedades de Estado de Entrada y de Salida

  • El fluido entra en forma de líquido saturado y sale en forma de líquido comprimido.
  • El fluido entra a una presión baja en comparación a la de salida, por lo que se presenta un considerable cambio de presión en la entrada y salida de la bomba.
  • El fluido sale a una temperatura levemente mayor que la de entrada.
  • El volumen específico en la entrada es muy semejante al de la salida, por lo que el cambio de volumen específico tiende a cero.
  • Semejante al caso del volumen específico, el cambio de la energía interna del dispositivo tiende a cero.

Relación entre las propiedades de entrada y salida de la bomba:

Ecuación de continuidad para una bomba

                                                              
                                            Sabiendo que,

Entonces la ecuación de continuidad queda definida de la siguiente manera:


Primera ley de la Termodinámica para una bomba


Despreciando la energía cinética del sistema:
                                           
                                            
 Por lo que:
                             


Videos explicativos del funcionamiento de una bomba 


  

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martes, 25 de junio de 2013

Tobera


Funcionamiento del dispositivo.


Convierte la energía térmica y de presión de un fluido (conocida como entalpía) en energía cinética. Como tal, es utilizado en turbomáquinas y otras máquinas, como inyectores, surtidores, propulsion a chorro, etc. 


El fluido sufre un aumento de velocidad a medida que la sección de la tobera va disminuyendo, por lo que  sufre también una disminución de presión y temperatura al conservarse la energía.

Diagrama Esquemático




Propiedades de Estado de Entrada y Salida

Consideraciones
·                     La transferencia de calor desde las turbinas por lo general es insignificante  ya que normalmente están bien aisladas.  
·                     Los cambios de energía potencial son insignificantes.
·                     No se realiza trabajo.
Propiedades de Entrada
·                     El fluido entra a presiones y temperaturas relativamente altas
Propiedades de Salida
·                     El fluido sale a una presión y temperatura mas baja.

Relaciones entre las propiedades de entrada y salida y consideraciones 

Ecuación de continuidad para una turbina de vapor 
 Primera ley de la termodinámica para una tobera.


Video sobre el funcionamiento de una tobera



Links

Diseño de una tobera

Construccion de toberas


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Difusor




En su forma más simple, un difusor es meramente un pasaje divergente en el cual el fluido es desacelerado y la reducción de velocidad es convertida en aumento en la presión estática. En difusores largos de bajo ángulo de divergencia, la perdida de presión es alta debido a la fricción a lo largo de la pared.En todos los motores de aeronaves, y también en algunos motores industriales, la longitud es importante, y es esencial, que la difusión sea realizada en la más corta distancia posible. Con un incremento en el ángulo de divergencia, tanto la longitud de los difusores como la perdida de fricción se reducen. Usualmente el ángulo se encuentra entre 6 y 12 grados.


Desde el punto de vista del diseño un difusor ideal es aquel que alcanza la reducción de velocidad requerida en la longitud más corta posible, con la mínima perdida de presión total y con un flujo uniforme y estable a su salida. Para que esto se logre, la entra de perfil de velocidad debe ser simétrica, pero desafortunadamente en muchos motores, la salida de la velocidad en la compresión es asimétrica y por tanto es difícil alcanzar un resultado óptimo en la difusión.

Los difusores son utilizados comúnmente en máquinas de chorro, cohetes, naves espaciales e incluso mangueras de jardín.

Diagrama Esquemático



Propiedades de Entrada y De Salida

  • La relación de transferencia de calor entre el fluido que fluye por un difusor y los alrededores suele ser muy pequeña (despreciable) aunque estos dispositivos no estén aislados, debido principalmente a las altas velocidades que tienen los fluidos y que por ello no permanecen el tiempo suficiente en el dispositivo para que suceda alguna transferencia de calor significativa. Por consiguiente ante la ausencia de datos de transferencia de calor el flujo a través de los difusores es considerado adiabático. 
  • El término de trabajo para los difusores es cero porque estos dispositivos son básicamente ductos de forma apropiada y no incluyen eje o alambres de resistencia eléctrica. 
  •  Los difusores requieren de velocidades muy altas cuando un fluido pasa por él, experimenta grandes cambios en su velocidad, en consecuencia los cambios en la energía cinética deben ser considerados al analizar el flujo a través de estos dispositivos. 
  • A menudo el fluido experimenta poco o ningún cambio en su elevación cuando fluye por un difusor y por tanto el termino de energía potencial puede omitirse 
  • Además de las propiedades previamente mencionadas, también debemos mencionar las siguientes:



Ecuación de Continuidad



Primera ley de la termodinámica para un Difusor



 

Vídeo del funcionamiento de un Difusor



Más información de interés sobre difusores






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