Persaud: Momento III Segundo trabajo EE Ingeniería Mecánica Tema Intercambiadores de calor.

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Persaud: Momento III Segundo trabajo EE Ingeniería Mecánica Tema Intercambiadores de calor.

Mensaje por Jose R Persaud G el Miér Jul 27, 2016 8:43 pm

Persaud: Momento III Segundo  trabajo EE Ingeniería Mecánica Tema Intercambiadores de calor.

Intercambiadores de Calor
Durante la observación del objeto de estudio el EE selecciono como componente de estudio el brazo porta electrodos del horno de fusión, considerando como primer aspecto de interés el sistema de refrigeración, relacionado en la termodinámica al proceso de intercambiadores de calor, proceso asociado a la termodinámica, término que se define a continuación:
Termodinámica: Termo (calor) Dinamis (fuerza), disciplina de la física que estudia la acción mecánica del calor y las restantes formas de energía, analiza los efectos que producen los cambios de magnitudes tales como: La temperatura, la densidad, la presión, la masa, el volumen y los sistemas y a un nivel macroscópico. La base sobre la que se ciernen todos los estudios de la termodinámica es la circulación de la energía y como esta es capaz  de infundir movimiento,  
Entalpia: Es una magnitud de la termodinámica, simbolizada con la letra H, cuya variación expresa una medida de la cantidad de energía absorbida o cedida por un sistema termodinámico
La primera ley de la termodinámica establece que  la energía no se crea, ni se destruye, sino que se conserva. Entonces esta ley expresa que, cuando un sistema es sometido a un ciclo termodinámico, el calor cedido por el sistema será igual al trabajo recibido por el mismo, y viceversa.
En otras palabas a todo sistema que se le transmita calor, realizara una variación interna que generara energía y esta se convertirá en trabajo.
Q =  AU + W.
Calor: energía en tránsito de un cuerpo de mayor temperatura a un cuerpo de mayor temperatura.
Trabajo (w): es la energía transmitida en forma de trabajo por el sistema (jule)
Q: energía transmitida en forma de calor al sistema en calorías (cal) o joule (j)
AU: Es el cambio de la energía interna del sistema (joule)

Transferencia de calor (energía): Se transfiere o se transmite la región más calientes a la de menor temperatura, de acuerdo a los principios termodinámicos la energía que se transfiere como resultado de una diferencia de temperatura es el calor, los elementos que están más calientes se enfrían y los que están mas fríos se calientan. Tienden a igualar  una temperatura común.

Esta igualación de temperatura se lleva a cabo a través de 3 mecanismos, por conducción, por convección y por radiación

Transferencia de calor por conducción:
Es el mecanismo de transferencia de calor en escala atómica a través de la materia por actividad molecular, por el choque de unas moléculas con otras, donde las partículas mas energéticas le entregan energía a las menos energéticas, produciéndose un flujo de calor desde las temperaturas mas altas a las mas bajas, existen materiales con mayor conductividad térmica y con menor conductividad térmica.  

Transferencia de calor por Conveccion:
Es el mecanismo de transferencia de calor se da por diferencia de temperatura, este movimiento transfiere calor de una parte del fluido a otra por un proceso llamado convección, el movimiento del fluido puede ser natural o forzado, el liquido o gas al calentarse disminuye su densidad (masa de unidad de volumen), si se encuentra en un campo gravitatorio el fluido más caliente y menos denso asciende mientras que el liquido mas frio y más denso desciende, este tipo de movimiento debido a la no uniformidad de la temperatura del fluido se denomina convección natural, la convección forzada se logra sometiendo el fluido a un gradiente de presiones.  

Transferencia de calor por radiación:
A diferencia de la conducción y la convección, la radiación presenta una diferencia fundamental, las sustancias que intercambian calor no tienen que estar en contacto, La radiación térmica es la energía emitida por la materia que se encuentra a una temperatura determinada, se produce directamente desde la fuente hacia afuera en todas direcciones. Esta energía es producida por los cambios en configuraciones electrónicas de los átomos o moléculas constitutivas y transportadas por ondas electromagnéticas o fotones, razón por la que recibe el nombre de radiación electromagnética. La masa en reposo de un foton que significa luz, es idénticamente nula. Por lo tanto atendiendo la relatividad especial un foton viaja a la velocidad de la luz y no se puede mantener en reposo, la radiación electromagnética es una combinación de campos eléctricos y magnéticos oscilantes y perpendiculares entre si que se propagan atraves del espacio transportando energía de un lugar a otro.    
En 1822 el matemático francés Joseph Fourier dio una expresión matematica precisa que hoy se conoce como ley de Fourer de la conducción de calor, esta ley afirma que velocidad de la conducción del calor a trevs de un cuerpo por unidad de sección transversal, es proporcional al gradiente de temperatura que existe en el cuerpo (con el signo cambiado).

Q=KA (tT 1-t2)/&

Donde:

K: coeficiente de conductividad térmica (0,02-3.0 W/mºC)
Q: cantidad de calor
&: espesor de pared
A: area de la pared perpendicular al flujo del calor
t1-t2: variación en las superficies internas y externas.

Gradiante: variación de una magnitud en función de la distancia.


Intercambiador de calor:
Son dispositivos que permiten transferir el calor de un lugar a otro, o bien de un fluido a otro o entre la superficie de un solido y un fluido en reposo o en  movimiento, como ocurre en los sistemas mecánicos, químicos y nucleares. Para un entendimiento básico de los componentes de un intercambiador es necesario comprender como funcionan y operan.

Las principales usos de los intercambiadores de calor son las siguientes:

• Calentar un fluido frio mediante un fluido con mayor temperatura
• Reducir la temperatura de un fluido mediante un fluido con menor temperatura
• Llevar al punto de ebullición a un fluido mediante un fluido con mayor temperatura
• Condensar un fluido en estado gaseoso por medio de un fluido frio.

Tipos de intercambiadores de calor según su uso y operación:

Flujo paralelo:  Es el que tiene dispuesta la circulación del tubo y la circulación de la carcasa en la misma dirección, ambos fluidos entran al intercambiador presentando una diferencia significativa d temperatura, como el calor se transfiere del fluido con mayor temperatura hacia el fluido de menor temperatura, la temperatura de los fluidos se aproximan la una a la otra es decir uno aumenta su temperatura y el otro la disminuye, tratando de alcanzar un equilibrio, térmico, debe quedar claro que el fluido con mayor temperatura nunca alcanzara la temperatura del fluido con mayor temperatura.  

Contra flujo: Uno de los fluidos pasa a través de un tubo, mientras que el otro pasa alrededor de este tubo formando un angulo de 90ª. Los
intercambiadores de calor son comúnmente usados donde uno de los fluidos presenta cambio de fase y por tanto se tiene un fluido pasado por el intercambiador en dos fases.

Intercambiadores de un solo paso o paso simple y de paso multiple:  Cuando el fluido pasa una sola ves por el intercambiador de calor se le denomina de paso simple, cuando el fluido circula mas de una vez por el intercambiador de calor se le llama de paso múltiple.

Resumen

En lo que respecta al objeto de estudio en que estamos enfocados, sistema de refrigeración del brazo porta electrodos, el material científico investigado por las interrogantes originadas en la observación del objeto d estudio, se puede manejar que el brazo porta electrodos esta provisto de un sistema intercambiador de calor por convección, de tipo múltiple contra flujo, debido a que el intercambio de calor se da por impulso forzado del flujo y el fluido circula mas de una vez por el intercambiador. Este sistema intercambiador de calor la entalpia es lo que permite que la estructura del brazo porta electrodos, la mordaza, el tubo de corriente y el cilindro del accionamiento de mordaza, puedan operar a altas temperaturas, sin sufrir fatigas térmicas, por el calor a que son expuestos por conducción de corriente y por radiación del baño de acero..

Jose R Persaud G

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