Principios Fundamentales de los Cambiadores de Calor
En los cambiadores de calor se transmite energía térmica de un flujo de materia a otro. Los dos flujos de materia no entran en contacto directo entre sí. Una transmisión de calor eficiente es la condición imprescindible para lograr procesos rentables.
Los cambiadores de calor sirven para el calentamiento, la refrigeración, la evaporación o la condensación de medios de diferentes temperaturas. Bajo transferencia de calor convectiva se entiende la transferencia de calor entre una superficie y un fluido. Dos medios fluyen simultáneamente y de forma estacionaria a través de los recuperadores. Entre los flujos de medios se encuentra una pared separadora que sirve de superficie de transferencia.
Los cambiadores de calor en contacto directo ponen en contacto a dos medios de diferente temperatura y los mezcla.
Tipos de Cambiadores de Calor y su Aplicación
Cambiadores de Calor de Carcasa y Tubos
Los cambiadores de calor de carcasa y tubos son un modelo muy difundido. Las ventajas de este modelo son la gran superficie de transmisión de calor y su fabricación sencilla.
El vapor es muy apropiado como portador de calor para el calentamiento de fluidos. A través de la presión del vapor se puede limitar la temperatura máxima, de modo que fluidos sensibles se pueden calentar de manera segura. Como cambiadores de calor se utilizan, p. ej., haces de tubos. El vapor se condensa aquí y emite su calor de condensación al fluido a calentar. El condensado se puede retornar luego al proceso de evaporación.
El cambiador de calor de carcasa y tubos WL 110.03 consta de siete tubos rodeados por un tubo envolvente transparente. El agua caliente fluye por el espacio del tubo y el agua fría por el espacio envolvente. El agua caliente transfiere así una parte de su energía térmica al agua fría. Con ayuda de deflectores se desvía la corriente en el espacio envolvente de manera que se origine una fuerte turbulencia y, con ello, una transferencia intensiva de calor. La manguera de alimentación se puede cambiar de empalme con ayuda de acoplamientos rápidos, cambiando así la dirección del flujo. En los ensayos se capta la evolución de la temperatura y se representa gráficamente en forma de curvas. WL 110.03 se coloca de forma sencilla y segura sobre la superficie de trabajo la unidad de alimentación WL 110. A través de la tecnología RFID los accesorios se identifican automáticamente, se carga el software PLC apropiado y se realiza una configuración automática del sistema. La intuitiva interfaz de usuario guía a través de los ensayos. Sensores de temperatura para la medición de la temperatura de entrada y salida se encuentran en las conexiones de alimentación de WL 110. Peso: aprox.
Con el banco de ensayo WL 315.01 se estudia la transferencia de calor entre vapor y agua. El elemento básico de este banco de ensayo es un cambiador de calor de carcasa y tubos. El vapor de calefacción en la camisa del tubo y el agua fría en los tubos fluyen en dirección contraria en el modo de flujo a contracorriente. En este caso, el vapor de calefacción emite una parte de su energía térmica al agua fría. La cantidad de vapor introducida es regulada de tal forma por una válvula de termostato que la temperatura del agua en el depósito de agua caliente tenga una temperatura deseada. Paralelamente a la válvula de termostato y a la válvula de cierre, el vapor de calefacción se puede conducir manualmente al interior del cambiador de calor de carcasa y tubos con ayuda de una válvula manual. El caudal en el circuito de agua fría se puede ajustar. Un filtro de malla en la entrada del vapor de calefacción protege contra partículas gruesas en los tubos de vapor. máx. Peso: aprox.
Cambiadores de Calor de Tubos Concéntricos
Los cambiadores de calor de tubos concéntricos son el tipo de cambiador más sencillo y se utilizan preferentemente cuando se debe transmitir calor con grandes diferencias de presión o entre fluidos altamente viscosos (p. ej., lodos de depuradora). Una ventaja es el flujo uniforme a través del espacio del tubo.
Los cambiadores de calor de tubos concéntricos son los modelos de cambiador de calor más sencillos y se utilizan preferentemente para la transferencia de calor a grandes diferencias de presión o entre medios altamente viscosos (p. ej., lodos residuales). Con el banco de ensayo WL 302 se pueden contemplar las propiedades características de una transferencia de calor en el modelo de un cambiador de calor de tubos concéntricos. La transferencia de calor se produce en tubos montados coaxialmente. El agua caliente fluye por el tubo interior y el agua fría por el tubo exterior. En este caso, el agua caliente entrega una parte de su energía térmica al agua fría. La curva de temperatura no lineal a lo largo del cambiador de calor de tubos concéntricos se muestra mediante la medición de las temperaturas del agua en ambos tubos a la entrada, a la salida y a la mitad del tramo de transferencia. Una medición de la temperatura de la pared del tubo permite, además, el estudio de la transferencia de calor en la pared. El circuito cerrado de agua caliente contiene un depósito con calefacción eléctrica y una bomba. Un termostato mantiene la temperatura del agua caliente a un nivel constante. Se registra el caudal, así como todas las temperaturas relevantes. max. máx. Peso: aprox.
En el cambiador de calor de tubos concéntricos WL 110.01, el agua caliente fluye por el tubo interior y el agua fría por el tubo exterior. El agua caliente transfiere así una parte de su energía térmica al agua fría. La manguera de alimentación se puede cambiar de empalme con ayuda de acoplamientos rápidos, cambiando así la dirección del flujo. En los ensayos se capta la evolución de la temperatura y se representa gráficamente en forma de curvas. WL 110.01 se coloca de forma sencilla y segura sobre la superficie de trabajo la unidad de alimentación WL 110. A través de la tecnología RFID los accesorios se identifican automáticamente, se carga el software PLC apropiado y se realiza una configuración automática del sistema. La intuitiva interfaz de usuario guía a través de los ensayos. Sensores de temperatura para la medición de la temperatura de entrada y salida se encuentran en las conexiones de alimentación de WL 110. Hay dos sensores de temperatura adicionales en el intercambiador de calor de tubos concéntricos para medir la temperatura después de la mitad de la distancia de transferencia. Peso: aprox.
Unidad de Alimentación y Control WL 110
La función principal del WL 110 es poner a disposición los circuitos de agua fría y caliente necesarios. Para esto, la unidad de alimentación está equipada con un depósito con calefacción y una bomba para el circuito de agua caliente, tomas para el circuito de agua fría y un armario de distribución con elementos de indicación y mando. Un regulador de temperatura regula la temperatura del agua caliente. El caudal de los circuitos de agua caliente y fría se ajusta con válvulas. El circuito del agua fría se puede alimentar por medio de la red del laboratorio o del WL 110.20. Los valores medidos se pueden leer en displays.
La unidad de alimentación está equipada con un depósito con calefacción y una bomba para el circuito de agua caliente y tomas para el circuito de agua fría.
Serie WL 110 con PLC, pantalla táctil y tecnología RFID
Software y Operación
El software GUNT consta de software para la adquisición de datos y de software de aprendizaje. El software de aprendizaje contribuye en alto grado a la comprensión de los fundamentos teóricos por medio de ilustraciones y textos explicativos. Los valores se pueden almacenar y procesar con ayuda del software para la adquisición de datos.
La operación se realiza a través de una pantalla táctil. Mediante un router integrado, la unidad de experimentación también puede ser operada y controlada a través de un dispositivo terminal. La interfaz de usuario puede visualizarse hasta en 10 terminales (screen mirroring). La interfaz de usuario incluye una guía preparación del ensayo, módulos de aprendizaje con fundamentos teóricos, así como una visualización gráfica de los valores medidos. Para el seguimiento de los ensayos, se pueden utilizar simultáneamente hasta 10 estaciones de trabajo externas utilizando la red local a través de la conexión LAN. A través del PLC, los valores de medición se pueden registrar internamente.
A través de la tecnología RFID los accesorios se identifican automáticamente, se carga el software PLC apropiado y se realiza una configuración automática del sistema.
Accesorios Opcionales y Configuración Experimental
Hay varios tipos de intercambiadores de calor disponibles como accesorios opcionales. Los accesorios se colocan de forma sencilla y segura sobre la superficie de trabajo del WL 110.
Con este equipo de ensayo se estudian y comparan diferentes modelos de cambiadores de calor. El montaje experimental completo consta de dos elementos principales: WL 110 como unidad de alimentación y mando y un cambiador de calor opcional: cambiador de calor de tubos concéntricos (WL 110.01), cambiador de calor de placas (WL 110.02), cambiador de calor de carcasa y tubos (WL 110.03) así como cambiador de calor de doble camisa (WL 110.04). El cambiador de calor a investigar se conecta a la unidad de alimentación. El agua caliente circula por el cambiador de calor y transfiere una parte de su energía térmica al agua fría.
