Camara De Mezclas

CÁMARA DE MEZCLA

En aplicaciones de ingeniería, la mezcla de dos corrientes de fluidos es un hecho frecuente. La sección donde sucede el proceso de mezclado es denominada cámara de mezcla. La cámara de mezcla no tiene que se una “camara” especial. Un ordinario codo en T o uno en Y en una regadera, sirve como cámara de mezcla para las corrientes de agua caliente y fría.

El principio de la conservación de la masa en una cámara de mezcla requiere que la suma de las relaciones de flujo de masa entrantes sean iguales a la relación de flujo de masa de la mezcla saliente.

Las cámaras de mezcla casi siempre están bien aisladas (q≈0) y no implican ningún tipo de trabajo (W=0). Además, las energías cinéticas y potencial de las corrientes de fluido suelen ser despreciables (ec≈0 , ep≈0). En consecuencia, todo lo que queda en la ecuación de la energía corresponde a las energías totales de las corrientes entrantes y de la mezcla saliente. El principio de la conservación de la energía requiere que estas dos sean iguales entre sí. Por tanto, para este caso la ecuación de la conservación de la energía es análoga a la ecuación de la conservación de la masa.

Ejemplo: Considere una regadera común donde se mezcla agua caliente a 140ºF con agua fría a 50ºF. Si se desea suministrar una corriente permanente de agua caliente a 110ºF, determine la razón de las relaciones de flujo de masa del agua caliente respecto de la fría. Suponga que las pérdidas térmicas de la cámara de mezcla son despreciables y que la mezcla se efectúa a una presión de 20psia.

Solución: La cámara de mezcla es el sistema cuyas fronteras indica mediante líneas interrumpidas. La masa cruzada las fronteras, de modo que tenemos un volumen de control. Y en vista de que no hay ninguna indicación de algún cambio dentro del volumen de control con el tiempo se trata de un sistema de flujo permanente.

La ecuación de la conservación de la masa para este sistema de flujo permanente de corriente múltiple es:

∑men (Sumatoria de Flujo másico de entrada) = ∑Msal (Sumatoria de Flujo másico de salida)

Ó

m1 (flujo másico 1) + m2 (flujo másico 2) = m3 (Flujo másico 3).

Puesto que nada de calor o trabajo cruza las fronteras (Q≈0 , W=0) y las energías potencial y cinética se sonsideran despreciables (ec≈0, ep≈0).

Entonces la ecuación de la conservación de la energía para este sistema de flujo permanente se reduce a:

* ∑men(Sumatoria de flujo másico de entrada)x hen = ∑msal (sumatoria de flujo másico de salida) x hsal.

* m1(flujo másico 1)x h1+m2 (flujo másico 2)x h2= m3 (flujo masico 3)x h3

Ó

* m1 x h1 + m2 x h2 = (m1 + m2) x h3

Al dividir esta ecuación entre m2 se obtiene:

y x h1 + h2 = ( y + 1) x h3

Donde y = m1 x m2 es la razón de las relaciones de flujo de masa deseado.

La temperatura de saturación del agua a 20psia es 227,96ºF. Como las temperaturas de las tres corrientes están abajo de este valor (T<Tsat), el agua en las tres corrientes existe como un líquido comprimido. La cantidad de un líquido comprimido puede calcularse si se considera como un líquido saturado a la temperatura dad. De modo que:

h1≈ht@140ºF = 107.96 Btu/lbm

h2≈ht@50ºF = 18.06 Btu/lbm

h3≈ht@110ºF = 78.02 Btu/lbm

Al resolver y y sustituir se obtiene:

y= h3-h2/h1-h3 = 78.02 – 18.06/107.96 – 78.02 = 2.0

Por tanto la relación de flujo de masa del agua caliente debe ser doble de la relación de flujo de masa del agua fría para que la mezcla salga a 110ºF.

5º) CÁMARA DE MEZCLA: 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. Si aplicamos la ecuación (2.60), tenemos:

por ser adiabático Q = 0 y no realizarse trabajo LEJE = 0:

la expresión (2.69) nos dice que la entalpía entrante en el sistema debe ser igual a la entalpía de la mezcla saliente.

Cámara de mezclado

Considere un sistema de lavado de equipo en una fábrica de productos cárnicos. Se utiliza agua desde 50ºF hasta 140ºF. Se lava con agua a 110ºF. Determine la relación de flujo másico de agua caliente respecto al agua fria, asumiendo que no hay pérdidas de calor y que la presión es de 20 psia.

Mezcla y calentamiento de vapor en procesos

Un proceso requiere 4,000 lb/h de vapor a 600 ºF y 14.7 psia. El sistema para abastecer de vapor al proceso consiste en una turbina que descarga vapor saturado a 14.7 psia y una caldera que genera 3,000 lb/h de vapor a 60 psia y 440 ºF. Estas corrientes de vapor se mezclan y calienta a 600 ºF, sin embargo, antes de mezclarse las corrientes de vapor, la presión de vapor de la caldera se reduce a 14.7 psia por medio de una válvula de expansión adiabática; O sea que el mezclado de las corrientes de vapor se realiza a 14.7 psia. Determine la cantidad de calor, (Btu/h) que debe suministrarse después del punto de mezclado para llevar el vapor a 600 ºF.

Intercambio de calor refrigerante - agua

A un condensador ingresa 60 kg/h de freon 12 a 60 ºC. Durante el proceso de condensación a líquido, el refrigerante disminuye su entalpía en 113.52 J/g. El agua de enfriamiento utilizada en el condensador entra a 25 ºC y descarga a 40 ºC, incrementando su entalpía en 62.8 J/g. Determine el flujo de masa de agua requerido por el condensador en kg/h.

Balance de energía (primera ley)

Intercambio de calor refrigerante - aire

Refrigerante 134a a 1 MPa y 80ºC es enfriado a 1 MPa y 30ºC en un condensador por medio de aire. Este entra a 100 kPa y 27ºC con una razón de flujo volumétrico de 800 m3/min y sale a 95 kPa y 60ºC. Determine la razón de flujo másico del refrigerante. (kg/min)

A continuación se presenta un sistema de generación de potencia y proceso con su respectivo balance global de energía [Primera Ley de Termodinámica].

6º) INTERCAMBIADOR DE CALOR: es un equipo en el cual circulan por circuitos independientes diferentes fluidos. Como cada fluido ingresa con

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