Termodinamica CÁMARAS DE MEZCLADO

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RESUMEN

En ingeniería, un gran número de dispositivos operan por largos periodos bajo las mismas condiciones  y se clasifican como dispositivos de flujo estacionario. Los procesos que utilizan tales dispositivos se pueden representar razonablemente bien mediante un proceso un poco idealizado, llamado proceso de flujo estacionario,  que es posible definir como un proceso durante el cual un fluido fluye de forma estacionaria por un volumen de control.  Es decir, las propiedades del fluido pueden cambiar de un punto a otro dentro del volumen de control, pero en algún punto fijo permanecen sin cambio durante todo el proceso. Por lo tanto, el volumen V, la masa m, y el contenido total de energía E del volumen de control permanecen constantes durante un proceso de flujo estacionario.

Son parte del flujo estacionario las toberas y difusores, incrementando velocidades y presiones respectivamente, también son considerados las turbinas y compresores los cuales consideran variaciones de trabajo ya sea este contra alabes en el caso de las turbinas o suministrado externamente en el caso de los compresores.

Las cámaras de mezclado directa o de contacto directo también forman parte de este grupo  , en el cual   se mezclan dos o varias  corrientes de fluidos a distintas fases, estas son consideradas como intercambiadores de calor pero existe la diferencia clara de que un intercambiador de calor se usa para transferir calor entre fluidos o la superficie y un fluido en movimiento, estos trabajan tanto en flujo paralelo, contraflujo o flujo cruzado ,son dispositivos empleados en el área mecánica, química y nuclear.

En procesos termodinámicos se estudia la energía calorífica por ejemplo si en un volumen de control existen calentamientos como resistencias eléctricas, bombas, ventiladores, se deben considerar interacciones del trabajo, en flujos de tubería y ductos se establece relación entre mecánica de fluidos y termodinámica tomando en cuenta perdidas por tubería accesorios y la energía calorífica mencionada.

Sin embargo existen también los procesos de flujo no estacionario llamados procesos transitorios donde las propiedades cambian con el tiempo, pero los valores de las propiedades varían y toman el mismo valor en un instante dado en cualquier punto dentro del volumen de control, es decir  ocurren cambios dentro del volumen de control en el tiempo y empiezan o terminan en un tiempo finito, este tipo de análisis considera variaciones de masa, energía y volumen en el sistema, por ejemplo: Propulsión de turbinas, Inflado de llantas, y Sistema de ollas de presión.

ABSTRACT

In engineering, a large number of devices operate for long periods under the same conditions and are classified as steady flow devices. Processes using such devices can be represented reasonably well by a somewhat idealized process, called steady flow process, which can be defined as a process in which a fluid flows stationarily for volume control. That is, fluid properties may change from one point to another within the control volume, but at some fixed point remain unchanged throughout the process. Therefore, the volume V, the mass m, and the total energy content E of the control volume remain constant during a steady flow.

They are part of steady flow nozzles and diffusers, increasing speeds and pressures respectively, are also considered turbines and compressors which consider variations working either this against blades in the case of turbines or provided externally in the case of compressors.

Chambers directly or direct contact mixing also part of this group, in which two or more fluid streams are mixed at various stages, these are considered as heat exchangers, but there is a clear difference that a heat exchanger used to transfer heat between fluids or surface and a moving fluid, these work both parallel flow, counterflow or crossflow are mechanical devices used in the nuclear area and chemistry.

In thermodynamic processes the heat energy for example is studied whether there warmups as electric heaters, pumps, fans in a control volume, consider interactions work, flow pipe and duct relationship between fluid mechanics and thermodynamics is established taking into has lost pipeline fittings and said heat energy.

However processes unsteady flow called transient processes where properties change over time also exist, but property values ​​vary and take the same value at a given at any point within the volume control instantly change that is occurring within the control volume over time and begin or end in a finite time, this type of analysis considers variations of mass, energy and volume in the system, examples: propulsion turbines, Inflating tires, and system pressure cookers .

CÁMARAS DE MEZCLADO

 Es un intercambiador de calor de mezcla  directa o de contacto directo, en el cual   se mezclan dos o varias  corrientes de fluidos y se establece una transferencia de calor entre ellos  a distintas fases (por lo general son líquido – gas), se emplea en sistemas continuos o circulantes para mezclas de fluidos miscibles, los fluidos sufren una mezcla física completa sin ningún tipo de pared o restricción que impida su contacto, la corriente resultante  conocida como mezcla deja el dispositivo con una única salida^[1]

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FUNCIONAMIENTO

En este equipo ingresan  más de una corriente de fluido (gas ideal o vapor), que después 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.^[2]

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Fig.1 Esquema de una Cámara de Mezclado

CLASIFICACIÓN

• MEZCLADORES DE CHORRO

La mezcla tiene lugar mediante un choque de chorro contra otro debido a la presión a las que se les somete, es empleado en líquidos, pero su más grande aplicación es la mezcla de combustibles gaseosos antes de someterlos a proceso de inflamación.

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• MEZCLADORES DE INYECTOR

Mezclador sencillo y de costo relativamente bajo Provistos de un tubo principal y un surtidor (tobera u orificio auxiliar), por el que pasa una segunda corriente y se encuentra con la principal, la velocidad de la corriente auxiliar debe ser mucho mayor que la de la corriente principal, usado para mezclas de gas-liquido en cualquier proporción e incluso pueden mezclan dos líquidos insolubles. Son parte de estos los mecheros Bunsen, los quemadores de petróleo, las pistolas pulverizadoras, los carburadores, el cañón lanza cemento, los atomizadores y los mezcladores de tobera.

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• MEZCLADORES DE COLUMNAS CON ORIFICIOS O DE TURBULENCIA

Cámaras de  fácil instalación donde se transforma la presión en velocidad, cuando la viscosidad es demasiado pequeña para permitir que se completen las reacciones en el poco tiempo disponible, pueden ser de varios tipos entre ellos una columna sencilla con orificios, o toberas especialmente diseñadas para producir turbulencia máxima, estos mezcladores, son utilizados  principalmente para el tratamiento continuo de los destilados de petróleo.

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SISTEMAS DE CIRCULACIÓN MIXTA

Sistemas poco útiles para mezclas rápidas y completas, su agitación es única por porciones mínimas de fluido, inapropiados para grandes mezclas, sin embargo en estos se puede añadir otros fluidos como gases, líquidos, leche. Se usan en  elevadores de agua por aire comprimido, los tubos "vomit” (vomitadores), los tubos de tiro largo y las bombas exteriores de circulación.

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• BOMBAS CENTRÍFUGAS

Usadas  para mezclar líquidos previamente medidos y a menudo resultan útiles para cambiar la viscosidad del líquido (mixtura), poseen poco tiempo de retención (menor a un segundo), para producir micro reacciones entre materiales inmiscibles.

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• TORRES RELLENAS Y DE ROCIADO

 Equipos empleados para introducir un gas  en contracorriente con un líquido, produciendo la absorción del mismo, o eliminar componentes de una mezcla liquida por medio de un líquido inmiscible de densidad superior o inferior, su desventaja es la dificultad de limpieza o mantenimiento.^[3]

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APLICACIONES

• En alimentos las cámaras de mezclado son muy comunes se utilizan para mezclar saborizantes con agua leche o yogurt, etc.

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• En conductos de aire acondicionado

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• En soldadura autógena, existe una cámara de mezclado de acetileno y oxigeno dentro del soplete, esto causa una llama.

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• En piscinas grandes existe una cámara de mezclado de agua y cloro en polvo, esto ahorra trabajo y la mezcla es expulsada por la misma bomba.

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• En nuestro hogar podemos apreciar las duchas o llaves de agua en donde existe una cámara de mezclado que acondiciona el agua fría o caliente.^[4]

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Las cámaras de mezclado casi siempre están aisladas q=0, teniendo un transferencia de calor insignificante o nula  y  no involucran ningún tipo de trabajo asociado w=0, además los cambios de energía cinética y potencial de la corriente del fluido suelen ser depreciables, ya que son muy pequeños para ser tomados en cuenta. Ep=0, Ec=0, por lo que se toma en cuenta en balance solo las energías totales de las corrientes entrantes y la mezcla saliente.

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