DETERMINACIÓN DE LA RAPIDEZ DE TRASNFERENCIA DE CALOR EN FLUJO A CONTRACORRIENTE

OBJETIVO:

Conocer la variación de la rapidez de transferencia de calor para áreas diferentes en flujo a contracorriente.

INTRODUCCIÓN:

Se presenta un contraflujo cuando los dos fluidos fluyen en la misma dirección pero en sentido opuesto. Cada uno de los fluidos entra al intercambiador por los extremos opuestos. Como el fluido que entra con menor temperatura sale en contracorriente del intercambiador de calor en el extremo donde entra el fluido con mayor temperatura, la temperatura del fluido más frío se aproximará a la temperatura de entrada del fluido caliente. Este tipo de intercambiador resulta ser más eficiente que el tipo mencionado anteriormente. En contraste con el intercambiador de calor de flujo paralelo, el intercambiador de contracorriente puede presentar la temperatura más alta en el fluido frío y la más baja temperatura en el fluido caliente una vez realizada la transferencia de calor en el intercambiador.

A diferencia de equicorriente, aquí los dos fluidos se mueven en sentidos opuestos, lo que permite que el sistema pueda mantener un gradiente casi constante entre ellos a lo largo de la ruta de movimiento. A medida que la ruta de flujo sea más larga y que la velocidad del movimiento de los fluidos sea más lenta, la tasa de transferencia será mayor, sin embargo esto se debe a que los dos fluidos son "iguales" en algún sentido. Por ejemplo, si tenemos en cuenta la transferencia de masa de una cierta cantidad de soluto por una cantidad determinada (en volumen o masa) de solvente, la velocidad de la disolución debe ser la misma en las dos corrientes. En el caso de transferencia de calor, el producto del calor específico (el promedio en el rango de temperatura involucrado) y el flujo de masa, también deben ser iguales. Si los dos fluidos no son los mismos, por ejemplo si el calor está siendo transferido del agua al aire o vice-versa, entonces la conservación de la masa o energía requiere que las corrientes vayan con concentraciones o temperaturas

Los intercambiadores de calor transfieren energía térmica de un medio a otro. Por ejemplo, los refrigeradores usan intercambiadores de calor para transferir calor desde tus alimentos al aire que lo rodea. Probablemente hay intercambiadores en tu edificio de oficinas que transfieren calor del agua caliente al sistema de ventilación en invierno, y del aire del interior hacia el sistema de enfriamiento en el verano. Los intercambiadores de calor vienen en tus variedades, llamadas paralelos y de flujo contracorriente,el intercambio por contracorriente es extensivamente usado en sistemas biológicos, para una amplia variedad de propósitos. Un claro ejemplo son los peces, que usan este sistema en sus branquias para transferir el oxígeno del agua circundante a su sangre. Otro ejemplo son las aves que usan la contracorriente para el intercambio de calor entre los vasos sanguíneos de sus patas para mantener concentrado el calor dentro de sus cuerpos;2 en biología esto se conoce como la rete mirabile. Un último ejemplo es el riñón de los mamíferos, el cual usa este tipo de intercambio para eliminar agua de la orina de manera que el cuerpo puede retener el agua utilizada para transportar los desechos nitrogenados (ver multiplicador en contracorriente).

El intercambio de calor por contracorriente (CCHE por sus siglas en inglés) es una manera altamente eficiente de minimizar la pérdida de calor por la piel, debido a que éste se recicla en lugar de disiparse. De esta manera el corazón no tiene que bombear sangre tan rápido para mantener una temperatura corporal y una tasa metabólica constante.3

METODOLOGIA:

A) Módulo I.

Aseguramos perfectamente que todas las válvulas del equipo estén perfectamente cerradas.

Abrimos las válvulas de agua A2, A3, A16 y A1 en el orden para purgar a la tubería.

Abrimos las válvulas para vapor V2, V3, V10 y V1 en el orden descrito para purgar la tubería.

Regulamos la presión de vapor con la válvula reguladora VR para conseguir una presión de operación indicada por el manómetro (M2) de 1.5 kg/cm2.

Una vez alcanzado el estado estable leímos las temperaturas de entrada y salida de vapor de agua en T1, T2, T4 y T3 respectivamente.

Cerramos las válvulas A16 y abrir A15 y realizamos la medición el tiempo para una determinada cantidad de agua, para calcular así el gasto volumétrico.

Cerramos las válvulas A15 y abrir A16 una vez medido el flujo y descargar el tanque de medición abriendo la válvula A22.

En un recipiente conteniendo agua y hielo previamente pesado, recibimos los condensados provenientes de la trampa de vapor VR por un tiempo determinado y posteriormente los pesamos para calcular el flujo másico.

Cerramos las válvulas V1 y V2, dejando fluir el agua durante 2 minutos.

Cerramos las válvulas V3, V10, A1 y A2, A3, A16 en el orden descrito.

B) Módulo II.

Revisamos que todas las válvulas del equipo estén bien cerradas.

Abrimos las válvulas del agua A6, A7, A16 y A1 en el orden señalado para purgar la tubería.

Abrimos las válvulas para vapor V4, V5, V10 y V1 en el orden señalado para purgar la tubería.

Regulamos la presión del vapor con la válvula VR para conseguir una presión de operación de 1.5 kg/cm2. indicada en el manómetro M4.

Una vez alcanzado el estado estable leímos las Temperaturas de entrada y salida de vapor y el agua en T5, T6, T7 y T8.

Cerramos A16 y abrir A15 y medimos el tiempo para una determinada cantidad de agua para calcular el flujo volumétrico.

Cerramos A15 y abrir A16 una vez medido el flujo y descargamos el tanque de medición abriendo la válvula A22.

En un recipiente contenido agua y hielo previamente pesado, recibimos los condensados provenientes de la trampa de vapor por un tiempo determinado y posteriormente pesamos para calcular el flujo másico.

Cerramos las válvulas V1 y V4 y dejar fluir el agua durante 2 minutos.

Cerramos las válvulas V5, V10, A1, A7 y A16 en el orden mencionado.

C) Módulo III.

Aseguramos que todas las válvulas del equipo estén perfectamente cerradas.

Abrimos las válvulas del agua A10, A11, A12, A16 y A1 en el orden mencionado para purgar la tubería.

Abrimos las válvulas para vapor V7, V8 y V1 en el orden mencionado para purgar la tubería.

Regulamos la presión de vapor con la válvula VR para conseguir una presión de operación de 1.5 kg/cm2 indicada en le manómetro M4.

Una vez alcanzado el estado estable leímos las temperaturas de entrada y salida de agua y vapor en T9, T10, T11 y T12 respectivamente.

Cerramos A15 y abrir A16 midiendo

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