DISEÑO DE EQUIPOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR

Resumen.

Se realizaron investigaciones teóricas para así poder conocer el proceso de transferencia de calor así como el funcionamiento de un refrigerante y como este influye en el proceso de transferencia de energía utilizando el simulador

Al tener claro esto se procedió a ejecutar una práctica la cual consistía en conocer el comportamiento del refrigerante FREON 134 bajo diversas variables termodinámicas, esto se realizo en un simulador lo que es una máquina que permite la reproducción de un sistema, es decir, reproducen sensaciones y experiencias que en la realidad pueden llegar a suceder. Luego de introducir los datos al simulador se logro ver el comportamiento del refrigerante en el equipo y como afecta las tuberías y las válvulas de este.

Este proceso arrojo una serie de valores, los cuales son los datos que dio el simulador para luego hacer diferentes cálculos matemáticos utilizando diversas ecuaciones termodinámicas para la comprobación de los datos obtenidos con la maquina (el simulador).

Al realizar dicha comprobación se compararon los resultados de los cálculos matemáticos y valores obtenidos por el simulador dando así una serie de conclusiones para su estudio.

Índice.

Introducción ………………………………………………………… 4.

Objetivos …...………………………………………………………… 5.

Antecedentes ………………………………………………………… 6.

Marco teórico ………………………………………………………... 8-15.

Método experimental ………………………………………………. 16.

Resultados experimentales …………………………………………… 17.

Conclusión …………………………………………………………... 18.

Bibliografía …………………………………………………………... 19.

Introducción.

La transferencia de calor es aquella ciencia que busca predecir la transferencia de energía que puede ocurrir entre cuerpos materiales, como resultado de una diferencia de temperatura. La termodinámica enseña que esta transferencia de energía se define como calor. La ciencia de la transferencia de calor no sólo trata de explicar cómo puede ser transferida la energía calorífica, sino también trata de predecir la rapidez a la que se realizará este intercambio bajo ciertas condiciones especificadas.

Los equipos para la transferencia de calor son equipos destinados a transferir calor de un fluido a otro en forma controlada, separados por una pared.

Debido a que los equipos para transferencia de calor tienen una gran número de aplicaciones, desde las domésticas hasta las industriales, resulta de gran importancia conocer los tipo de equipos que existen, los principios de diseño térmico y mecánico, los problemas que ocasiona el ensuciamiento y las reglas que se deben seguir para proporcionar un mantenimiento adecuado a esos equipos y así asegurar su operación óptima.

Objetivos

Objetivo General.

• Evaluar el comportamiento del refrigerante FREON 134 en un simulador de transferencia de calor en el laboratorio de termo-fluidos.

Objetivos Específicos.

• Ejecutar la practica en el simulador mediante la colocación de valores.

• Tomar los datos obtenidos del simulador.

• Realizar los cálculos matemáticos con los datos obtenidos.

• Relacionar los datos obtenidos con los datos calculados. 

Antecedentes.

DISEÑO DE EQUIPOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR

Autor: Ing. José Fernando Salazar Valdez (Monagas, 2008)

El mundo de hoy enfrenta un cambio crítico como nación para satisfacer las necesidades básicas humanas, como la alimentación, el vestido, etc., los cuales dependen de una adecuada fuente de energía basada en combustibles naturales, ios cuales lamentablemente son una fuente finita.

La alimentación, la salud y la generación de potencia han sido problemas de preocupación vital para la humanidad a lo largo de toda su historia. El progreso realizado en estas áreas ha llevado al desarrollo conocimiento de la transferencia de calor como una ciencia, por lo cual un conocimiento de esta disciplina de transporte es de suma importancia para el ingeniero.

Mientras aparecen ideas cada vez más y más sofisticadas en la tecnología moderna, la teoría de transferencia de calor debe resolver problemas nuevos y cada vez más complejos.

Aun cuando la termodinámica predice el intercambio de calor en un sistema al realizar un proceso, ésta es incapaz de predecir el tipo de mecanismo mediante el cual esta transferencia de calor se lleva a cabo. Así, una mera aplicación de la primera y segunda ley de la termodinámica en un intercambiador de calor suministra la información necesaria con respecto al flujo de calor que debe transferirse del fluido caliente al frío. Empero la termodinámica no suministra información con respecto al diámetro, longitud, material o arreglo geométrico de los tubos que deben emplearse. Estas características de diseño se obtienen mediante un análisis detallado de transferencia de calor.  

MARCO TEORICO

LEY CERO DE LA TERMODINÁMICA.

Frecuentemente, el lenguaje de las ciencias empíricas se apropia del vocabulario de la vida diaria. Así, aunque el término “temperatura” parece evidente para el sentido común, su significado adolece de la imprecisión del lenguaje no matemático. El llamado principio cero de la termodinámica, que se explica a continuación, proporciona una definición precisa, aunque empírica, de la temperatura.

Cuando dos sistemas están en equilibrio mutuo, comparten una determinada propiedad. Esta propiedad se puede medir, y se le puede asignar un valor numérico definido. Una consecuencia de ese hecho es el principio cero de la termodinámica, que afirma que si dos sistemas distintos están en equilibrio termodinámico con un tercero, también tienen que estar en equilibrio entre sí. Esta propiedad compartida en el equilibrio es la temperatura.

Si uno de estos sistemas se pone en contacto con un entorno infinito que se encuentra a una temperatura determinada, el sistema acabará alcanzando el equilibrio termodinámico con su entorno, es decir, llegará a tener la misma temperatura que éste. (El llamado entorno infinito es una abstracción matemática denominada depósito térmico; en realidad basta con que el entorno sea grande en relación con el sistema estudiado.)

La temperatura se mide con dispositivos llamados termómetros. Un termómetro se construye a partir de una sustancia con estados fácilmente identificables y reproducibles, por ejemplo el agua pura y sus puntos de ebullición y congelación en condiciones normales. Si se traza una escala graduada entre dos de estos estados, la temperatura de cualquier sistema se puede determinar poniéndolo en contacto térmico con el termómetro, siempre que el sistema sea grande en relación con el termómetro.

Calor

En física, transferencia de energía de una parte a otra de un cuerpo, o entre diferentes cuerpos, en virtud de una diferencia de temperatura. El calor es energía en tránsito; siempre fluye de una zona de mayor temperatura a una zona de menor temperatura, con lo que eleva la temperatura de la segunda y reduce la de la primera, siempre que el volumen de los cuerpos se mantenga constante. La energía no fluye desde un objeto de temperatura baja a un objeto de temperatura alta si no se realiza trabajo.

Hasta principios del siglo XIX, el efecto del calor sobre la temperatura de un cuerpo se explicaba postulando la existencia de una sustancia o forma de materia invisible, denominada calórico. Según la teoría del calórico, un cuerpo de temperatura alta contiene más calórico que otro de temperatura baja; el primero cede parte del calórico al segundo al ponerse en contacto ambos cuerpos, con lo que aumenta la temperatura de dicho cuerpo y disminuye la suya propia. Aunque la teoría del calórico explicaba algunos fenómenos de la transferencia de calor, las pruebas experimentales presentadas por el físico británico Benjamin Thompson en 1798 y por el químico británico Humphry Davy en 1799 sugerían que el calor, igual que el trabajo, corresponde a energía en tránsito (proceso de intercambio de energía). Entre 1840 y 1849, el físico británico James Prescott Joule, en una serie de experimentos muy precisos, demostró de forma concluyente que el calor es una transferencia de energía y que puede causar los mismos cambios en un cuerpo que el trabajo.

TEMPERATURA

La sensación de calor o frío al tocar una sustancia depende de su temperatura, de la capacidad de la sustancia para conducir el calor y de otros factores. Aunque, si se procede con cuidado, es posible comparar las temperaturas relativas de dos sustancias mediante el tacto, es imposible evaluar la magnitud absoluta de las temperaturas a partir de reacciones subjetivas. Cuando se aporta calor a una sustancia, no sólo se eleva su temperatura, con lo que proporciona una mayor sensación de calor, sino que se producen alteraciones en varias propiedades físicas que se pueden medir con precisión. Al variar la temperatura, las sustancias se dilatan o se contraen, su resistencia eléctrica cambia y, en el caso de un gas, su presión varía. La variación de alguna de estas propiedades suele servir como base para una escala numérica precisa de temperaturas (ver más adelante).

La temperatura depende

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