Hidraulica de canales abiertos

Este libro ofrece un amplio enfoque sobre los últimos avances en ingeniería hidráulica. El uso de matemáticas avanzadas se evita en forma deliberada y la explicación de las teorías hidráulicas se simplifica de manera sustancial. Se dan ejemplos ilustrativos para mostrar la aplicación de las teorías y se proveen los problemas prácticos para ejercicios. El texto incluye además datos históricos y amplias referencias con el fin de estimular el interés del lector. 







Contenido:
- Flujo en canales abiertos y su clasificación.
- Canales abiertos y sus propiedades.
- Principios de energía y momentum.
- Flujo crítico: su cálculo y sus aplicaciones.
- Desarrollo del flujo uniforme y de sus ecuaciones.
- Cálculo de flujo uniforme. Diseño de canales con flujo uniforme.
- Conceptos teóricos de capa límite, rugosidad superficial, distribución de velocidades e inestabilidad de flujo uniforme.
- Teoría y análisis.
- Métodos de cálculo.
- Problemas prácticos.
- Flujo especialmente variado.
- Flujo sobre vertederos.
- Resalto hidráulico y su uso como disipador de energía.
- Flujo en canales con alineamiento no lineal.
- Flujo a través de canales con secciones no prismáticas.
- Flujo no permanente gradualmente variado.
- Flujo no permanente rápidamente variado. Tránsito de crecientes.

Ven te Chow Dada la escasa información científica existente sobre el análisis del flujo en canales abiertos, este libro constituye una importante contribución sobre el tema. El autor explica en forma clara y cuidadosa los principales fenómenos hidráulicos, apoya sus exposiciones con ejemplos didácticos que permiten entender con facilidad todos los procedimientos de cálculo para determinar el flujo en canales, así como los criterios de diseño de canales y de sus estructuras hidráulicas.

Platillo Globo para transporte pesado de carga

Al parecer el viejo concepto del Zeppelin no está olvidado aún , a pesar de que se quieren realizar algunos cambios importantes en el diseño para transformar al siguiente artefacto en una medio de transporte pesado que utilizaría la capacida de flotar para llevar grandes cargas; y que por lo demás no sería difícil de confundir con un platillo volador. Y es que una empresa  Australiana está desarrollando un artefacto llamado  Skylifter que sería lo bastante imponente.

El Skylifter es una nave que basa su funcionamiento en un globo dirigible lleno de gas. La gracia es que puede transportar objetos de hasta 165 toneladas. Si bien están pensando en hacer pruebas iniciales con cargas comunes, la idea es eventualmente poder transportar casas completas, edificios o incluso poder vender “cruceros aéreos”. Además, gracias a su construcción puede llegar a muchos lugares donde aviones o globos más grandes no pueden.

Tiene tres secciones: el globo, el control y la carga. El globo tiene forma de disco y está pensado para estar permanente lleno de un gas más ligero que el aire. De él cuelga la sala de controles, que tiene forma de cilindro y que tiene un espacio para dos pilotos en su nivel más inferior. De esta zona, y a través de una serie de cables, cuelga la carga.

El Skylifter es controlado a través de tres hélices cicloidales que funcionan gracias a los paneles solares que están en la parte de arriba del globo. Estas hélices hacen que el movimiento de la nave sea mucho más controlable, más parecido al manejo de un helicóptero. Todo esto permite que el Skylifter alcance velocidades de 85 km/h y tenga una autonomía de por lo menos 2000 kilómetros.

No hay fechas para una versión funcional del Skylifter aunque ya se han hecho dos pruebas de concepto, una más grande que la otra y hay planes de desarrollar dos más.

Hojas mejores que paneles solares

De acuerdo con las investigaciones de la Universidad Estatal de Carolina del Norte, las hojas artíficiales pueden crear electricidad aún mejor que los paneles solares. Estos nuevos dispositivos están compuestos por un gel de base de agua, el cual se combina con sustancias sensibles a la luz — como la clorofila — para imitar la fotosíntesis. Mientras que los paneles solares están hechos con silicio, las hojas son mucho más ecológicas y menos costosas.

Las hojas artificiales están cubiertas por materiales como grafito o nanotubos de carbono. Los rayos solares activan las moléculas sensibles a la luz, lo que crea la electricidad. La semejanza con la naturaleza radica en que las plantas realizan el mismo procedimiento para sintetizar las azúcares que necesitan para crecer. La meta a corto plazo es mejorar esta técnica, pues aunque ha probado ser funcional, aún no se encuentra al tope de eficiencia.

Este mecanismo es promisorio, aunque hay que considerar que aún le resta mucho camino por recorrer antes de convertirse en una tecnología práctica. La idea a futuro es tener techos de edificios cubiertos con varias capas de estas hojas artificiales. Sin embargo, este concepto está bastante lejano todavía. Que el hombre consiga imitar (ya no digamos dominar) los mecanismos de la naturaleza es un sendero de largo recorrido.

Cada día estos avances nos acerca más y más a un futuro orientado a la sustentabilidad energética. Estados Unidos está poniendo toda la carne al asador para aprovechar las energías verdes. Están, por ejemplo, la iniciativa del CalTech para obtener combustible a partir de la luz solar; o la construcción de aviones impulsados mediante energías renovables. Y es que tras el derrame del Golfo, la política energética ha cambiado. El que haga más con menos será el que asegure su futuro.

Ventanas transformadas en paneles solares

La idea de masificar el uso de la energía solar como principal fuente de energía que alimente nuestros artefactos eléctricos, se ve enfrentado al alto costo de fabricación de elementos para captarla, como los paneles solares.

Esto podría cambiar en un futuro cercano si es que prospera una nueva tecnología recientemente patentada por la compañía Noruega EnSol, consistente en un delgado film que puede ser rociado en diversas superficies para captar energía solar. En especial, las ventanas se pueden convertir en grandes receptores de energía a través de este método.

El film fue creado a partir de nanopartículas y su desarrollo contó con la colaboración del departamento de Física y Astronomía de la Universidad de Leicester.

Según sus creadores la gracia de este film es que, al ser rociado en las ventanas, no requiere de grandes instalaciones ni tampoco afecta la transparencia del vidrio (si bien absorben parte de la luz es imperceptible para el usuario).

En la actualidad la compañía se encuentra desarrollando algunos prototipos funcionales de 16 centímetros, los que serán utilizados para demostrar su efectividad. Si todo sale bien se espera que esta nueva tecnología sea comercializada a partir del año 2016.

Palletizing Robot

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Turbina a reaccion y tratamiento de aguas servidas

En la Universidad de Stanford, un equipo de científicos ha inventado un sistema que combina el tratamiento de aguas servidas con tecnología de cohetes, por incompatibles que parezcan ambas disciplinas.

Usualmente, el tratamiento de aguas servidas implica remover o agitar los líquidos para incorporar aire a la mezcla y permitir que bacterias aeróbicas descompongan los solutos orgánicos, produciendo entre otras cosas una mezcla rica en nitrógeno que puede usarse como fertilizante. El problema es que para remover la mezcla hay que mantener funcionando alguna clase de dispositivo mecánico que obviamente consume energía.

Si se usan, en cambio, bacterias anaeróbicas, no es necesario remover la mezcla para incorporar aire -con el consiguiente ahorro en maquinaria y electricidad- pero estas bacterias producen Óxido Nitroso -también conocido como Gas Hilarante-, el cual es uno de los gases con mayor impacto en el efecto invernadero, por lo que este tipo de tratamiento de aguas al final causa daños colaterales que lo hacen inconveniente. ¿Significa esto que no hay una manera barata de degradar los componentes orgánicos de las aguas servidas?

Ya no, queridos lectores, porque el profesor Brian Cantwell -especialista en motores a reacción- había estado trabajando en un cohete cuyo propulsor ocupa óxido nitroso como combustible, un uso que sólo deja aire caliente como residuo (en realidad, una mezcla de oxígeno y nitrógeno). Aprovechando el conocimiento así adquirido, y haciendo equipo con el profesor de Ingeniería Ambiental Craig Criddle, diseñaron un sistema de tratamiento de aguas en donde bacterias anaeróbicas producen óxido nitroso, y el propulsor diseñado por Cantwell lo usa como combustible para generar energía. Combinaron sus conocimientos para hacer una máquina que por un lado recibe aguas servidas y, por el otro entrega agua tratada y aire caliente.

Contando con los motores o turbinas adecuados, se puede aprovechar el óxido nitroso para mover generadores y así alimentar de energía a centros de tratamiento de aguas autosustentables, lo cual podría ser especialmente relevante en regiones del planeta con un abastecimiento de agua potable insuficiente. Esperemos que estos científicos encuentren apoyo y financiamiento para proseguir y perfeccionar su invento.

Avion a energía solar hace su vaje

El avión "Solar Impulse", propulsado exclusivamente por energía solar y con el que su promotor, Bertrand Piccard, planea dar la vuelta al mundo en 2012, ha despegado hoy con el objetivo de completar su primer vuelo nocturno.

El avión despegó a las 07.00 hora local (05.00 GMT) desde el aeródromo de Payerne, en el oeste de Suiza.

El plan es volar durante el día para poder cargar sus baterías solares, mantenerse en el aire durante la noche y aterrizar 24 horas después de haber despegado.

En caso de lograrlo, el prototipo pilotado por André Borschberg habrá conseguido su objetivo primordial del verano: demostrar la fiabilidad de un viaje aéreo nocturno propulsado exclusivamente por energía solar.

Antes de dar el pistoletazo de salida, los técnicos hicieron las últimas comprobaciones a la aeronave, y poco antes de las siete de la mañana, el avión despegó hasta una altitud de 8.500 metros.

Durante su travesía diurna, el avión recargará sus baterías hasta su nivel máximo, para que cuando los rayos del sol cesen, pueda continuar con su marcha, prevista en este momento a una altitud de 1.500 metros.

El pasado 1 de julio, el "Solar Impulse" tuvo que posponer su primer vuelo nocturno debido a problemas técnicos que hubiesen impedido el seguimiento desde tierra de parámetros cruciales para la seguridad de la nave y su tripulación.

El problema provino del transmisor de telemetría, una tecnología que permite la medición remota de magnitudes físicas y su posterior envío al operador del sistema.

El pasado 7 de abril, el "Solar Impulse" completó su primer vuelo de una hora y media, tras aterrizar en el aeródromo de Payerne.

La meta final de Piccard consiste en que el prototipo, con un coste de 70 millones de euros, circunvale el mundo con cinco escalas en cinco días dentro de dos años.

A partir de las conclusiones técnicas de este vuelo nocturno se construirá un nuevo aparato.

Este proyecto, que ha requerido cinco años de trabajo, entre simulaciones y su construcción, busca demostrar el potencial de las energías renovables, promover su utilización y probar el ahorro de energía que puede lograrse gracias a las nuevas tecnologías.

En 1981, otro avión solar ultraligero con un piloto a bordo, denominado "Solar Challenger", voló de Francia a Inglaterra en cinco horas.

Piccard, un aventurero de poco más de 50 años y nieto del inventor del batiscafo, Auguste Piccard, se convirtió en 1999 en el primer hombre en dar la vuelta al mundo en globo sin escalas.

Equipo desalinizador solar 2

La ecuación de conservación de energía, que relaciona la variación de energía interna con los flujos de calor

que entran y salen, aplicada al agua [2] y [3], en la bandeja de doble fondo y en la bandeja 1, para el acero

inoxidable y el agua contenida en ella, se muestran a continuación:

Definición de flujos de energía en el desalinizador

Qe : Calor por evaporación entre el agua y la placa inferior exterior

Qc : Calor por convección entre el agua y la placa inferior exterior

Qr : Calor por radiación térmica entre el agua y la placa inferior exterior

Qcolector : Calor debido al colector solar

Qss : Calor sensible del destilado

Qse : Calor sensible del agua de alimentación

donde,

Cpw : Calor específico del agua

Cpt : Calor específico del acero inoxidable

mw : Masa de agua en la bandeja de doble fondo

mt : Masa del acero inoxidable en intercambio térmico y agua contenida en la bandeja

Tw : Temperatura del agua en la bandeja

Tt : Temperatura de la bandeja

Donde las ecuaciónes son:

El subíndice t indica lo relativo a la bandeja en la superficie de acero inoxidable.

Estas mismas ecuaciones aplicadas a cada una de las etapas, con la precaución de considerar solamente los flujos de calor involucrados en cada una de ellas, nos entrega el modelo matemático para el nuevo

desalinizador de múltiples etapas. Este análisis nos permite determinar la temperatura del agua en la bandeja de doble fondo, la cual depende de la

temperatura de la bandeja 1. Al aplicar el análisis a la segunda etapa, es decir, entre la bandeja 1 y la bandeja 2, se puede determinar la temperatura de la bandeja 1 la cual a su vez depende de la temperatura de la bandeja 3.

El análisis se aplica a cada una de las etapas en forma sucesiva, existiendo siempre una dependencia de las temperaturas.

Para determinar la temperatura de la bandeja de doble fondo, el modelo determina la temperatura de la última bandeja luego la temperatura de la penúltima y así sucesivamente hasta llegar en definitiva a la temperatura

deseada.

Para el análisis de la energía que fluye a través del techo se considera la energía que proporciona la bandeja 5 y la convección exterior del equipo. La bandeja 5 debe mantener una temperatura más baja que todo el sistema. Por eso no se debe usar aislamiento en techo.

ECUACIONES DE TRANSFERENCIA DE CALOR

Ecuaciones para el calor por evaporación

La transferencia de calor por evaporación es una

transferencia de calor asociada a la transferencia de masa, es decir, a la evaporación y condensación del agua. Existen varias formas para determinar el calor por evaporación , dependiendo de las condiciones que se presenten. Como por ejemplo la forma Newtoniana, Kumar y Tiwari (1996), O. Headley (1977). Para el análisis del modelo se han considerado todas estas formas, y la que ha presentado el mejor comportamiento es la de E. Sartori (1996), que es la que a continuación se enuncia.

Coeficientes de transferencia de calor por evaporación

El coeficiente de transferencia de calor por evaporación puede ser determinado por la expresión:

Donde Qe es el calor por evaporación y se determina usando la expresión desarrollada por Kumar y Tiwari (1996)

Muchas expresiones usadas en la determinación de los coeficientes de transferencia por evaporación están limitadas en cuanto a la temperatura de trabajo comoson las expresiones propuestas por Malik (1982), esto
es, válidas sólo hasta aproximadamente los 90 °C. Las expresiones aquí presentadas no tienen esa restricción.

Resonancia Magnetica

Está basado en el estudio de las imñagenes de una persona que se ve afectada por un fuerte campo magnético estático, y a la que despues se le da un pulso electromagnético. La principal ventaja del MRI por sobre las radiografías es que puede ver los órganos de las personas ( o sea los tejidos blandos), cosa que no puede hacer el otro equipo.

La visualización del interior de las personas, con este equipo, no es una tarea tan fácil como en las radiografias. ya que a traves de una serie de algorítmos matemáticos se puede descifrar , el cambio del comportamiento de los atomos internos de nuestros tejidos, y que luego es traspasado a una imagen nítida. Por eso y por la estructura del equipo ( una gran cámara , donde el paciente entra al generador del campo magnético, acostado),  el examen y el equipo en sí, son bastantes caros. A pesar de ello tiene una desventaja ya que sólo promueve imagenes estáticas de lo que sucede en nuestro interior

Principios de la Energia Solar Termica

La energía solar térmica de baja temperatura consiste en el aprovechamiento de la radiación proveniente del sol para el calentamiento de un fluido a temperaturas normalmente inferiores a 80°C. Esto se lleva a cabo con los llamados calentadores solares que se aprovechan de las cualidades de absorción de la radiación y transmisión de calor de algunos materiales, y del efecto invernadero que se produce cuando otro material (por ejemplo el vidrio) es transparente a la radiación de onda corta del sol y opaco a la radiación de onda larga que emiten los cuerpos que están calientes.

Generalmente un sistema de energía solar térmica está constituido por varios subsistemas, que a su vez pueden considerarse como sistemas interdependientes conectados entre sí.

Sin embargo, hay ocasiones en que un mismo elemento físicamente independiente realiza varias funciones dentro del sistema solar. Estos distintos subsistemas son:a) El sistema de captación de energía solar: Los paneles o calentadores solares propiamente.

b) El sistema de acumulación: Un depósito para acumular el agua caliente generada.

c) El sistema hidráulico: Bombas y tuberías por donde circula el fluido de trabajo.

d) El sistema de intercambio: En caso de que el fluido que circula por los paneles solares no sea el mismo que el que utiliza el usuario en su aprovechamiento; por ejemplo cuando existe riesgo de heladas o el fluido del usuario puede dañar la instalación solar.

e) El sistema de control: Es el sistema que controla en sí la puesta en marcha de las bombas, y por supuesto el encendido o apagado de la fuente de emisión de calor por radiación.

f) El sistema de energía auxiliar.- Hay ocasiones que la viabilidad económica de la instalación solar exige que no se pueda satisfacer la demanda energética en todo momento, máxime cuando la energía producida por la instalación depende de las condiciones climatológicas, es por esto que en ocasiones se dispone en la misma instalación de un sistema de producción de energía auxiliar.

Dentro de los subsistemas descritos, la unidad principal para del colector solar es la unidad de captación. La unidad de captación está constituida por :

• Elemento transparente a la radiación solar y opaco a la radiación de onda larga que emite el absorbedor (material selectivo transmisivo), produciendo así el efecto invernadero en el interior del captador que aumentará considerablemente el rendimiento del mismo. La cubierta también sirve para reducir las pérdidas por conducción y convección. Algunos captadores llevan varias cubiertas transparentes que reducen aún más las pérdidas pero aumentan considerablemente el coste del equipo. Sin embargo en sistemas para piscinas o que requieren un salto térmico pequeño, se prescinde de la cubierta (además de otros elementos como la carcasa o el aislamiento posterior) para abaratar los costes de la instalación.

• Absorbedor.- Es el elemento donde se produce la transformación de la energía que llega por radiación en energía térmica que absorbe el fluido portador de calor. Generalmente está constituido por unos tubos o dos placas conformadas de metal o un material plástico que se encuentran expuestos a la radiación solar y por cuyo interior pasa el fluido de trabajo. Atendiendo al tipo de tratamiento, los absorbedores pueden ser presentados con pinturas negras especiales o con tratamiento selectivo absorbente (alta absorbencia en longitudes de onda corta y baja emisividad en longitudes de onda larga).

• Aislamiento.- Para reducir las pérdidas térmicas del captador es conveniente aislar las zonas no expuestas la mayor parte del día a la radiación solar, estas son los laterales y la parte posterior del captador solar. Un buen aislamiento térmico en esta zonas contribuye a disminuir el factor de pérdidas térmicas del captador aumentando consiguientemente su rendimiento.

• Junta de cubierta.- Es un elemento de material elástico cuya función es asegurar la estanqueidad de la unión entre cubierta y carcasa. Servirá a su vez para absorber las diferencias en las dilataciones entre la carcasa y la cubierta, para que no se produzca rotura en ningún elemento del captador.

• Carcasa.- Es el elemento que sirve para conformar el captador, fijando la cubierta. Contiene y protege a los restantes componentes del captador y soporta los anclajes. Habrá que prestar especial atención a los temas de corrosión y deterioro debido a la radiación solar.

Las ecuaciones que controlan el proceso son las siguientes:

Radiación

La intensidad (energía por unidad de área y unidad de tiempo) a una determinada longitud de onda de un cuerpo negro es directamente proporcional a la temperatura absoluta T elevada a la cuarta potencia.

La cantidad de energía radiante emitida desde su superficie (Qr), está dada por la ecuación:

Qr = σ A T^4 = A Eb

en la que:

Eb es el poder emisivo del radiador

Qr es el calor radiante en W,

T es la temperatura de la superficie en °K,

σ es la constante dimensional de Stefan-Boltzman, en unidades SI.

La ecuación de Stefan-Boltzman dice que toda superficie negra irradia calor proporcionalmente a la cuarta potencia de su temperatura absoluta.

Aunque la emisión es independiente de las condiciones de los alrededores, la evaluación de una transferencia neta de energía radiante requiere una diferencia en la temperatura superficial de dos o más cuerpos entre los cuales tiene lugar el intercambio.

Si un cuerpo negro a T1 (ºK) irradia calor a un recinto que le rodea completamente y cuya superficie es también negra a T2 (ºK), es decir, absorbe toda la energía radiante que incide sobre él, la transferencia de energía radiante viene dada por:

Si los dos cuerpos negros tienen entre sí una determinada relación geométrica, que se determina mediante un factor de forma F, el calor radiante transferido entre ellos es:

Los cuerpos reales no cumplen las especificaciones de un radiador ideal, sino que emiten radiación con un ritmo inferior al de los cuerpos negros.

Los cuerpos grises son aquellos que a una temperatura igual a la de un cuerpo negro emiten una fracción constante de la energía que emitirían considerados como cuerpo negro para cada longitud de onda.

Convección

La velocidad de transferencia de calor por convección viene dada por la ley de enfriamiento de Newton:

Q = h A ( Ts - Tb)

h = Coeficiente de transferencia de calor, (W/m2 ºC).

A = Área de transferencia de calor, definida normal a la dirección de flujo (m2).

Tb,Ts = Temperaturas de la superficie y el fluido respectivamente (ºC).

La ecuación de Newton es aplicable cuando h es constante, o cuando represente un valor promedio en toda la superficie de transferencia de calor.

Además, puede expresarse en términos de una resistencia a la transferencia de calor.

Conducción

La conducción es el único mecanismo de transmisión del calor posible en los medios sólidos opacos.

Cuando en tales medios existe un gradiente de temperatura, el calor se transmite de la región de mayor temperatura a la de menor temperatura debido al contacto directo entre moléculas.

La transferencia de calor también obedece a esta ecuación básica y se expresa como "Ley de Fourier para la conducción de calor", cuya expresión matemática es:

Q = - k(T) A(x) [ dT/dx ]

Donde:

Q = velocidad de transferencia de calor en la dirección x ó flujo de calor, en W, kcal/h, BTU/h, etc.

k(T) = constante de proporcionalidad denominada conductividad térmica en (W/m°K) en sistema SI.

A(x) = área de transferencia de calor, definida perpendicular al flujo de calor en m2.

T = temperatura en °K.

(dT/dx) = variación de temperatura en función de la distancia.

Intercambiador de Placas parte 2

Materiales de Juntas El sellado y estanqueidad entre las placas se consigue mediante juntas que van colocadas entre ellas; las que a su vez tienen también por finalidad direccionar el flujo de fluidos a través del conjunto de placas. El material de las juntas está directamente ligado a las exigencias del servicio, esto es: presiones y temperaturas de operación y de las características fisicoquímicas de los fluidos manejados (ácidos, álcalis, sólidos abrasivos, etc). Las juntas pueden ir pegadas a las placas o con algún dispositivo de grampa (clip).Las juntas pueden ser de diferentes materiales entre los que encontramos:

Materiales de las juntas          Temperatura               Aplicacion

de las juntas                          máxima operación

Goma Nitrilica                           135                        agua, ceite mineral, vegetal.

Goma EPDM                                60                        agua claliente, agua con vapor.

Neopreno                                    70                        Refrigeracion R22 R134.

Goma butílica                            150>                      ácidos, álcalis, aceites, aminas.

Goma base fluorelastómero        180                       ácidos minerales, vapor, aceite.

Juntas a base de grafito             500                       producto orgánico, minerales.

En algunos equipos donde la posible pérdida de estanqueidad de las juntas y mezcla de los fluidos puede ser perjudicial (contaminación o reacción peligrosa), se recurre a placas dobles especiales que permiten evacuar la fuga hacia el exterior previniendo el contacto entre ellos. La figura N°4 muestra este tipo de placas y sus juntas

Figura N°4 – Placas dobles para prevención de mezclas de fluidos

 

Operación de los intercambiadores de placas

1. Distribución y características del flujo de fluidos

Mientras que en los intercambiadores de calor de cascos y tubos (THE - Tubular heat exchangers) es posible manejar solamente una corriente fría y otra caliente en un determinado arreglo, en los intercambiadores de placas el flujo de fluidos no solamente puede ser dispuesto de diferentes formas sino también efectuar transferencia de calor en múltiples corrientes. La disposición en corrientes múltiples es generalmente aplicada en aquellos casos donde es necesario efectuar recuperación de calor entre corrientes que deben ser calentadas y luego enfriadas como sucede en algunos tratamientos térmicos de productos en la industria alimenticia, tal es el caso del proceso de pasteurización. En estos casos la distribución y recombinación de flujos de procesos es implementada en el interior del equipo, lo que trae aparejado además un importante ahorro en los costos de cañerías.

Muchos fluidos viscosos que en un intercambiador de casco y tubos tendrían un flujo laminar, en los equipos compactos presentan flujos decididamente turbulentos. La distribución del flujo a través de las placas en el caso de fluidos viscosos es en general complejo, más aún cuando el paquete de placas es largo y estará de alguna forma definida por la caída de presión a través del equipo.

La figura N° 5 muestra una disposición típica para el caso de transferencia en corrientes múltiples donde es posible efectuar distintas operaciones entre los fluidos (calentamiento, enfriamiento, etc)

Figura N°5 – Disposición multiflujo

2. Flujo de fluidos y transferencia de calor Las velocidades de escurrimiento promedio en los PHE son menores que en los THE.- Así, se encuentra en ellos un rango de velocidades entre 0.5 a 0.8 m / sec contra los 1.2 a 2 m /sec que se presentan en los intercambiadores de casco y tubos

Sin embargo, como ya dijimos anteriormente, pese a estas bajas velocidades se obtienen coeficientes totales de transferencia de calor muy superiores a los de casco y tubos Con relación a las condiciones de termotransferencia y fluidodinámicas en estos equipos, es posible manejarse dentro de los siguientes valores: •Flujo másico por unidad: 0.13 a 800 kg / sec (flujo de agua)

•Presión de trabajo: vacío a 30 bar (máximo)

•Temperatura de trabajo (PHE): - 40 a 180°C

•Temperatura de trabajo (BHE): - 195 a 225°C

•Coeficiente total de transferencia de calor (K): 3500 a 7000 Kcal. / h.m2.°C (agua -agua)

•Coeficiente total K : 800 a 2800 Kcal / h.m2.°C (soluciones acuosas – agua)

•Coeficiente total K: 300 a 800 Kcal / h.m2.°C (agua – aceite)

La caída de presión en los PHE es uno de los más importantes parámetros a definir en el proyecto de estos equipos, ya que ella puede estar restringida por aspectos económicos (costos de bombeo) o por consideraciones de procesos o una combinación de ambos. Como ya dijéramos anteriormente, esta caída de presión ocasionada por el flujo de los fluidos a través de la superficie de calefacción y de las conexiones de entrada / salida del equipo, es utilizada para generar elevados coeficientes de convección y por ende altas transferencias de calor

Afin de relacionar la pérdida de carga con la aptitud del equipo para transferir calor, se introduce el concepto de caída específica de presión, también llamada Número de Jensen (Je) Este concepto permite relacionar diferentes superficies intercambiadoras de calor y representa la pérdida de carga experimentada por el fluido durante su pasaje a través del equipo con relación al número de unidades de transferencia NTU obtenido, esto es:

Numero de Jensen : ∆P/ NTU (kg/m^2)

La perdida de carga en los intercambiadores puede ser calculada por la ecuación de cooper

               

∆P= (2f (G^2) L / g D  ρ)

 Ecuación en la que f = 2,5/ Re^0,3

con:

∆P: pérdida de carga en el equipo en kg. / m2 G: flujo másico en kg. / h.m2

L: longitud del canal de pasaje en m

D: diámetro equivalente del canal de fujo en m

ρ: densidad del fluido en kg / m3 g: constante gravitacional en m / h2

Re: Número de Reynolds

f: factor de fricción

La elevada transmisión de calor en los equipos está también asociada a la diferentes disposiciones en las que los flujos pueden ser dispuestos. Esto posibilita aprovechar las diferencias de temperaturas de manera eficiente y optimizar el proceso.

Como vimos las disposiciones posibles de flujos en estos equipos pueden ser diversas, a saber

•Flujo en serie, en el cual la corriente cambia de dirección verticalmente

•Flujo paralelo, donde la corriente se divide y luego converge sobre un mismo colector

•Sistema Loop, en el que ambos fluidos circulan en flujo paralelo

•Sistema complejo, que presenta una combinación de los anteriores (serie – paralelo)

En la figura N°6 podemos ver las diferentes combinaciones de flujo que pueden ser establecidas en estos equipos:

Figura N°6 – Arreglos de flujo en PHE

 

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Equipo desalinizador solar 1

El Desalinizador de Múltiples Efectos propuesto es un desarrollo relativamente nuevo en el área de la destilación solar con recuperación de calorespecialmente en Chile. Éste trabaja con varias bandejas ubicadas una sobre otra y utilizan el calor de condensación de cada etapa para el paso siguiente. El calor o energía de entrada es llevado a través de un colector solar al equipo de desalinización. Es Posible el uso de otras fuentes de energía.

El colector solar es un equipo que trabaja con un fluido térmico (mezcla de agua destilada-etilenglicol) capaz de conseguir temperaturas superiores a los 100 ºC,. Este fluido se hace circular por el interior de la bandeja de doble fondo ubicada en la parte inferior del equipo desalinizador. Se realiza pues un intercambio de calor entre el fluido térmico y el agua de mar. La separación entre los fluidos es una placa de acero inoxidable de 1

mm de espesor.

A través de la entrada de calor, el agua salada recibe en la etapa más baja aproximadamente 90 - 95 ºC, se calienta y evapora (convección libre del aire húmedo).

El vapor en el ascenso del aire húmedo se condensa en la parte inferior de la próxima etapa del desalinizador. El condensado se desliza, ayudado por la fuerza de gravedad, a través de la inclinación de la pared del condensador, se recoge y se lleva a través de canaletas.

Estas canaletas, debido también a su inclinación, permiten la salida del agua al exterior del destilador a través de un conducto conectado a un depósito de condensado.

El agua salada es ingresada desde arriba hacia abajo en forma descendente, contraria al flujo de calor proporcionado, mediante un estanque en la parte

superior. El estanque tiene un sistema de control de nivel conectado a la bandeja de doble fondo. Aquí se controla la entrada de agua de mar, es decir, si el nivel de agua de la bandeja de doble fondo baja un cierto

rango establecido, entonces se acciona el sistema de control del estanque permitiendo el ingreso del agua de mar hacia la bandeja superior. De la misma forma, si el nivel de agua sobrepasa este rango, entonces se cierra el paso del agua.

A través de la condensación se libera la entalpía de vaporización [1] que se entrega a la etapa que está encima y calienta el agua salada contenida en esa etapa.

Eso lleva de nuevo a la evaporación y condensación de la etapa que está mas arriba. Esto se repite hasta llegar a la última etapa.

Componentes del sistema

El nuevo desalinizador de múltiples efectos consta de una estructura de madera, aislada térmicamente del medio exterior. Está revestida, en su interior, con una cubierta de acero inoxidable AISI 316L de espesor de 1

mm. En su interior se encuentran las bandejas principales que son también de acero inoxidable 316L de espesor de 1 mm. En ellas se encuentra la canaleta principal con una pequeña inclinación para colectar el condensado desde la superficie inclinada de la bandeja superior. En cada una de las bandejas existe una entrada del agua de alimentación así como una salida para el condensado a través de un tubo conectado a la canaleta principal. La capacidad de cada bandeja principal es de 0,035 m3 y la de doble fondo de 0,030 m3. Las dimensiones generales del destilador de múltiples efectos son de 882x882x1400 (mm3).

En el fondo del sistema se encuentra la bandeja de doble fondo, recipiente que contiene el agua de mar y fluido térmico proveniente del colector solar, denominado Wärmetausche (WT), caja térmica. La bandeja de doble fondo está diseñada para incorporar un sistema de colector solar, sin embargo es posible adaptar otro tipo de fuente de calor. El esquema propuesto muestra la forma del nuevo destilador de múltiples etapas.

Formas de Energía

El comportamiento global del destilador de múltiples efectos puede ser descrito por medio de las ecuaciones de conservación de energía y por las relaciones de los diferentes mecanismos de transferencia de calor [11],

como son la Conducción, la Convección y la Radiación, además de las relaciones de Transferencia de masa.

Los flujos de energía involucrados son variados y se pueden apreciar en la Fig. 1. Existen flujos energéticos que son de mayor importancia relativa respecto a otros.

Como por ejemplo el flujo de calor por evaporación es uno de los más relevantes en este estudio y el flujo de calor debido a las fugas de vapor hacia las etapas siguientes son prácticamente despreciable.

En cada una de las bandejas se pueden apreciar tres flujos de calor que son los debido a Evaporación,Convección y Radiación. Estos flujos de calor son los de entrada a la bandeja superior en cada etapa. En la bandeja de doble fondo el flujo de calor es el proveniente del colector solar. Se han considerado también los flujos de calor sensible del fluido de entrada, agua de mar, así como el de salida, agua desalinizada. En el lado derecho de la Fig. 1 se pueden apreciar los flujos de calor correspondiente a las fugas de calor por conducción a través de las paredes del equipo. Otra consideración en este análisis es el flujo de energía, a través de flujo de vapor, que puede pasar desde una bandeja a la otra por problemas de sello en cada etapa.

Basados en este análisis se puede entonces realizar un balance de energía y establecer la ecuaciones correspondientes para la modelación del sistema

desalinizador.

El subíndice DF corresponde a la bandeja de doble fondo y los subíndices 1 al 5 corresponden a las bandejas 1 al 5.

Intercambiador de Placas parte 1

Pese haber sido introducidos en la industria ya hace más de setenta años, estos equipos constituyen un ejemplo claro del desarrollo de productos y de mercado. La innovación permanente que han tenido posibilitó incorporar de manera continua nuevas aplicaciones a las distintas necesidades existentes en el campo tanto industrial, comercial como doméstico. Existen varios diseños de intercambiadores de placas, pero son dos las construcciones básicas más difundidas, a saber:

•Intercambiador de placas con juntas, designado PHE (Plate heat exchangers)

•Intercambiador de placas soldadas, designado BHE (Brazed heat exchangers).

Ambas diseños se conocen indistintamente como intercambiadores compactos Los PHE consisten en un conjunto de placas metálicas corrugadas montadas entre dos placas, una fija (bastidor) y otra móvil (de presión). Este paquete de placas a su vez, es soportado por dos barras guía, una superior y otra inferior que apoyan sobre una columna o pedestal. El sellado entre placas se efectúa mediante juntas elastoméricas quienes a su vez dirigen los fluidos por canales alternos. Las placas contienen orificios que permiten y dirigen el flujo de los fluidos. El conjunto de placas es comprimido mediante espárragos que aseguran el apriete y estanqueidad entre las mismas. Las conexiones de entrada y salida se localizan en la placa fija del bastidor salvo en el caso de que haya más de un paso, donde se utilizan ambas placas del bastidor

Los PHE son llamados también intercambiadores de placas y marcos (Plate and Frame) por su similitud constructiva con los filtros prensas. La figura N°1 muestra un esquema típico del equipo.

En el caso de los BHE, las placas están soldadas entre sí y conectadas a dos placas finales de apoyo, no existiendo en ellos las juntas ni los elementos de soporte y apriete. Las placas en estos equipos son soldadas entre sí con cobre o níquel 99% en un horno al vacío y forman una unidad compacta resistente a la presión. Este diseño ha sido concebido para las aplicaciones de alta presióny temperatura de trabajo y presentan la ventaja de poder ser montados directamente sobre las cañerías La cantidad, tamaño, material y configuración geométrica de las placas dependerá de las características del proceso, esto es, del caudal, propiedades físicoquímicas de los fluidos, temperaturas y pérdida de presión requeridas. La figura N°2 muestra un equipo armado en conjunto.

Figura N°2 – PHE armado

Construcción de los intercambiadores

La construcción de los intercambiadores está determinada principalmente por las características de las placas y en el caso de los PHE también por las propiedades de sus juntas 1. Materiales y dimensiones de las placas Las placas constituyen el alma del equipo y tanto la selección de materiales como el diseño, tamaño y cantidad de las mismas dependerá de las condiciones del servicio requerido. Las placas en general presentan un diseño en forma de “ tabla de lavar “ que reconoce cinco segmentos funcionales, a saber:

•Segmento de ingreso del fluido en la parte superior (Inlet port)

•Segmento de distribución del fluido

•Segmento o área principal de transferencia de calor

•Segmento colector de fluído

•Segmento de egreso del fluido (outlet port)

Los materiales de construcción de las placas en los PHE pueden ser de los siguientes materiales: •Aceros inoxidables austeníticos, tipo AISI 304, 316, 318, 312 (aplicaciones generales)

•Titanio, Titanio Paladio

•Niquel

•Hasteloy

•Grafito Diabon F100 / NS1 (servicios muy corrosivos)

En los intercambiadores soldados las placas son únicamente de acero inoxidable AISI 316 Las placas pueden construirse en diferentes medidas y espesores, variando entre las siguientes dimensiones:

•Espesores de placas: 0.5 a 1.2 mm

•Area de intercambio por placa: 0.032 a 3.4 m2

•Area de intercambio por unidad: 0.1 a 2200 m2 . En los BHE máx (70 m2)

•Espaciado entre canales: 1.6 a 5.5 mm

•Dimensiones placas: ancho (0.2 a 1.5 m) y alto (0.5 a 3 m)

•Dimensiones por unidad: 0.5 a 6 m

•Dimensiones de las conexiones: 1” a 18”. En los BHE máx (4”)

•Tipo de conexiones: roscadas, socket, bridadas o Victaulic

2. Diseño de las placas El diseño de estos elementos está directamente relacionado con las características de la aplicación buscada, esto es, su configuración dependerá de:

•Tipo y propiedades de los fluidos que intercambian calor (líquidos, gases, vapores, emulsiones, viscosidad, presencia de partículas o fibras, corrosivos, fouling, etc)

•Servicio buscado, calentamiento, enfriamiento, evaporación, condensación, etc. •Caudales manejados, tiempos de retención y pérdidas de presión permitidas

El diseño corrugado de las placas crea conductos a través de los cuales circulan los fluidos en capas de muy bajo espesor y con gran turbulencia, lo que origina una alta transferencia de calor. Este escurrimiento turbulento a través de las placas hace también que los depósitos causados por fluidos sucios sean continuamente removidos de la superficie de transferencia durante la operación, lo que se traduce en un mayor coeficiente total de transferencia y en un mayor tiempo de trabajo del equipo sin necesidad de pararlo para limpieza.

La corrugación de las placas provoca turbulencia aún en flujo laminar con números de Reynolds tan bajos como Re: 10 a 500, hecho que un intercambiador de casco y tubos sería imposible

El flujo turbulento producido por las corrugaciones rompe la película límite adherida a la superficie de transferencia dando altos coeficientes de convección y un bajo nivel de ensuciamiento.

La elevada transferencia térmica en estos equipos no está dada solamente por el escurrimiento turbulento sino también por los bajos espesores de película a través de las cuales se transmite el calor. Así, mientras en los intercambiadores de placas la distancia media entre ellas puede variar entre 1.6 a 5.5 mm; en los intercambiadores de casco y tubos esta distancia media podrá variar entre 12.5 y 38 mm ( tubos de ½ a 1 ½ “)

Dependiendo de la transferencia de calor requerida y de las pérdidas de presión necesarias para lograrla, la geometría de las placas puede variar ampliamente. De esta forma encontraremos placas llamadas softque se caracterizan por tener bajos coeficientes de transferencia y pequeñas pérdidas de carga y las placas llamadas hardque inversamente darán los coeficientes de transmisión más altos con mayores pérdidas por fricción. Estas últimas son de una geometría más complejas pues son más largas y estrechas y tienen corrugaciones más profundas. También tienen una menor separación entre placas. Las placas soft en cambio, son más cortas y anchas

Las placas soft en general tienen un diseño en ángulo agudo (chevrons) que ofrece menor resistencia al flujo de fluidos, en tanto que las placas hard presentan corrugaciones en ángulo obtuso que conducen a mayores pérdidas de carga. Combinando diferentes diseños de canales se podrán cubrir diferentes tipos de servicios. Las placas del tipo hard tienen corrugaciones transversales o diagonales a la dirección del flujo, lo que origina mayor turbulencia y transferencia térmica. Las placas soft inversamente tienen ondulaciones en la dirección del flujo, lo que provocará menos turbulencia y transferencia de calor

Como veremos más adelante, la aptitud o perfomance de las distintas configuraciones geométricas de las placas para transferir calor quedan expresadas por el llamado Número de Unidades de Transferencia de Calor (NTU- Number Transfer Units). Así veremos que las placas antes definidas como soft y hard podrán ser caracterizadas por su correspondiente NTU

El número de unidades de transferencia de calor NTU se define como: NTU = ( t1– t2) /∆ ∆∆ ∆tm Donde:t1 y t2 representan las temperaturas de entrada y salida de la placa en °C ∆ ∆∆ ∆tm: es la diferencia logarítmica media de temperaturas entre una placa y su adyacente, °C Una de las ventajas que ofrecen estos equipos es que en virtud de las diferentes geometrías de placas existentes es posible efectuar combinaciones entre ellas para optimizar el proceso térmico. De esta forma al mezclar placas con distintos ángulos y separaciones se permite satisfacer distintos requerimientos mediante configuraciones de único paso, lo que simplifica las conexiones y el mantenimiento del equipo. La figura N°3 muestra distintas configuraciones de placas indicando aquellas con alto y bajo NTU

Zaber Technologies Releases XYZ Series Three-Axis Stages – XYZ Stages

Zaber is proud to release its XYZ Series Three Axis Stages Series Overview: • 13 x 13 x 13 mm to 450 x 450 x 450 mm travel • Built-in controllers • Several units daisy-chain to a single serial port • Available in various speed / resolution options • Combine various Zaber stages to help you build a wide range of multi-axis systems from XY to XYZ Theta to Gantry Description: Zaber's XYZ series products are made up of 3 linear stages. They come packaged with all the accessories you will need to operate the linear slides in an XYZ configuration. The XYZ stages are powered by a standard power supply and connect to the RS-232 port of any computer. About Zaber: Zaber Technologies Inc. was founded in 1997 when precision motion control was typically accomplished with DC motors and encoders. In 2000 Zaber introduced the first daisy-chainable miniature linear actuator based on stepper motor technology with integrated RS232 communications and control electronics in one small package. Since then, Zaber has added over 120 products to its family of precision motion control and laboratory automation devices including linear actuators, linear slides, motorized x-y-z stages, rotation stages, motorized mirror mounts, and micro-stepping motor controllers. More information on Zaber is available at www.zaber.com.

Light curtain ASTEEL SENSOR

The SB series, new generation barrier, incorporates all the standard features necessary for your security applications. Its small size (28 x 30) allows it to fit perfectly into the mechanical dimension of the machine. The SB series is available in multiple sensitivities to protect the hand, arm and body. His dead zone, very small size, allows for assembly in U or L maintaining the sensitivity throughout the detection area. Its statics outputs, PNP 400mA, allow it to interface directly to relay or safety automaton. This series comes in 3 versions (standard, plus version, Master / Slave version) to adjust the security functions at the lowest cost.

Capacitive proximity sensor ifm electronic

In all automated processes the use of sensors to provide information for the plc is of prime importance. Sensors supply the necessary signals on positions, end stops, levels or serve as pulse transmitters for counting jobs or for monitoring rotational speed. In industrial usage inductive and capacitive proximity switches are indispensable. As compared to mechanical switches they offer almost ideal conditions: non-contact, maintenance-free operation, high switching frequencies and switching accuracies as well as high protection against vibration, dust and humidity. Inductive sensors detect all metals without contact, capacitive sensors detect nearly all solid and liquid media such as metal, glass, wood, plastic, water, oil, etc... Both inductive and capacitive proximity switches are available in NAMUR versions. In conjunction with an NV0100/NV0200 amplifier the sensors can be used in zone 1 hazardous areas (the amplifier which contains Zener barriers as well as power supply and output must be mounted outside the hazardous area).