Como funciona un evaporador

El intercambiador de calor o evaporador es el encargado de producir la transferencia de energía térmica desde un medio que se quiere enfriar hacia un fluido refrigerante. Se explica cómo funciona un evaporador.

¿Qué es un evaporador?

Un evaporador es un intercambiador de calor utilizado en los sistemas refrigerantes, donde se intercambia energía térmica proveniente desde un medio el cual se busca enfriar para enviarlo a un fluido refrigerante que va a estar circulando en el interior del dispositivo. El nombre se lo ha asignado por el cambio de estado que sufre el refrigerante al recibir este tipo de energía, tras una expansión brusca con la que se va a reducir su temperatura.

¿Cómo funciona un evaporador?

Es una de las partes principales de un sistema de refrigeración. En esta etapa lo que el refrigerante necesita es el aumento de su entalpia, y esto se produce cuando pasa de su estado líquido a su estado de vapor a través del evaporador. Con lo anterior se permite absorber el calor sensible que está contenido alrededor del evaporador, por ende, el gas al abandonar el evaporador lo hace con una energía interna que es superior al aumento de su entalpia.

Previo el ingreso del refrigerante al evaporador, este se expande en una válvula de presión la cual genera una gran caída de presión a la entrada del evaporador. Si es un sistema de expansión directa, la válvula va a despedir una mezcla de líquido y vapor muy fina a baja presión y temperatura. Por las propiedades termodinámicas de los gases refrigerantes, el descenso de la presión se asocia con un cambio de estado, y lo más relevante el descenso de la temperatura.

Por lo anterior, el evaporador absorber el calor sensible del medio que se busca refrigerar para transformarlo en calor latente, que se incorpora al refrigerante en su estado de vapor. Con ese calor latente que se disipa en otro intercambiador de calor del sistema de refrigeración por compresión, que se conoce como condensador en donde se va a generar un cambio de estado inverso, por lo tanto, de vaporización a líquido.

Como funciona un evaporador

Video de cómo funciona un evaporador

¿Para qué sirve un evaporador?

Los evaporadores sirven para intercambiar el calor y por ende para refrigerar un espacio al absorber el calor. Los evaporadores se encuentran en todos los sistemas de refrigeración como lo puede ser una nevera, los equipos de aire acondicionado o las cámaras frigoríficas. En cuanto al tamaño o al diseño de este dispositivo, al igual que su capacidad, va a depender de la carga térmica y de la aplicación que se dé en cada uso.

Tipos de evaporadores

Según la alimentación de refrigerante.

  • De expansión directa o expansión seca (DX) – La evaporación del refrigerante se da por medio de su recorrido por el evaporadora, para encontrarse en estado de mezcla en un punto intermedio. Por ende el fluido al abandonar el evaporador es tan sólo vapor sobrecalentado.
  • Inundados – Trabajan con un refrigerante líquido así que se llenan por completo para tener humedecida toda su superficie interior del intercambiador, por ende, la mayor razón posible de transferencia de calor se alcanza.
  • Sobrealimentados – En este caso la cantidad de refrigerante líquido en circulación a través de un evaporador se da con un exceso considerable (puede ser vaporizado).

Según el tipo de construcción.

  • Tubo descubierto – Son evaporadores construidos más que nada para tuberías de cobre o en acero. Se usa en grandes evaporadores o si el refrigerante por usar es amoníaco.
  • Superficie de Placa – Tiene dos placas acanaladas y asimétricas que son soldadas herméticamente una contra otra para que el gas refrigerante fluya entre ellas.
  • Evaporadores Aleteados – Son serpentines de tubo descubierto en los cuales se ubican placas metálicas o aletas y son usados ampliamente para la refrigeración industrial.

Evaporadores para enfriamiento de líquido.

  • Enfriador de doble tubo – Es un serpentín con el que se enfría el líquido por suministrar en un gran rango de transferencia de calor entre el líquido y el refrigerante.
  • Enfriador Baudelot – Se puede usar para el enfriado de agua u otra clase de líquidos, incluso en ámbitos industriales. Con frecuencia se emplea para enfriar leche.
  • Enfriador tipo tanque – Es un serpentín de fluido frigorífero de tubo desnudo el cual se instala al interior de un tanque con el líquido a enfriar.
  • Enfriador con serpentín en casco – Es una clase de enfriador de tubos lisos instalado en el centro o a un costado del tanque de acero, el cual se sumerge en el líquido a enfriar. El serpentín se separa del cuerpo principal por un deflector.
  • Enfriador acorazado – Son de expansión seca o inundados. Tiene un tanque de acero con una cantidad de líquido determinada por la cual va a circular el refrigerante y por fuera el líquido.

Consumo de un evaporador

Por la naturaleza del proceso, el consumo de un evaporador es alto. La evaporación es una operación unitaria que precisa de un mayor consumo de energía, por esa razón se utiliza en caso de ser de múltiple efecto, con frecuencia en las industrias químicas, porque allí sirve para minimizar el consumo de energía. Así mismo, según sea el modelo, el dato va a variar.

Como funciona una valvula

Una válvula es un dispositivo o equipo con el cual se puede dar inicio, detener o controlar a través de la regulación de la circulación de un gas o un liquido mediante una pieza movible que abre cierra u obstruye parcialmente uno o mas orificios.

Las válvulas se pueden clasificar dependiendo del mecanismo de cerrie o apertura y algunas funciones mas que realicen.

Tipos de válvulas

  • Válvulas de compuerta: La apertura o cierre de la válvula se produce a través de una manija que consta de un disco plano en posición vertical que se desliza cerrando o abriendo la válvula. La ventaja es que es de vueltas múltiples, mientras que la desventaja es que no es automática por lo que siempre tiene que haber una persona para cerrar o abrir la válvula.
  • Válvula de globo: consiste en un agujero redondo y un tapón cónico. Sirve para tanto para regular como para la función todo o nada
  • Válvula de mariposa: interrumpe o regula el flujo de un fluido en un conducto aumentando o reduciendo al sección del conducto mediante una placa denominada mariposa que gira sobre un eje. Al disminuir la sección de paso aumenta la perdida de carga del flujo disminuyendo el caudal que pasa.

Video de como funciona una válvula

Como funciona una pila

Una pila es un dispositivo portátil que puede entregar energía eléctrica cuando se lo conecta a un circuito eléctrico cerrado.

Podemos ver pilas por todos lados, como por ejemplo en el control remoto, en cámaras de foto, en teléfonos fijos, linternas, y mas.

Es muy útil el funcionamiento de la pila pero muy difícil también. A continuación explicaremos el principio básico por el cual la pila generará energía eléctrica.

Generación de energía eléctrica en la pila

Las pilas están formadas por dos electrodos metálicos. Estos están sumergidos en electrolitos. Los electrolitos son iones disociados. El metal del electro va a depender del electrolito sobre el cual este sumergido.

Los electrodos reaccionan con el electrolito, un electrodo se reduce, es decir libera electrones mientras que el otro se oxida es decir recibe electrones. La parte que se oxida se denomina ánodo mientras que la que se reduce es el cátodo.

En las pilas mas comunes, el electrodo del cátodo es cobre(cu) y el electrolito es sulfato de cobre (cuso4) mientras que en el ánodo el electrodo es zinc (zn) y el electrolito es sulfato de zinc (znso4)

Video de como funciona una pila

https://www.youtube.com/watch?v=RKzBRcGppHU

Como funciona un intercambiador de calor

Un intercambiador de calor esta diseñado para transferir calor entre un fluido y otro

En otras palabras, un intercambiador de calor es un dipositivo en el cual entra un fluido con determinadas propiedades y sale con otras, generealmente con mayor temperatura.

Tienen muchas aplicaciones, pero son fundamentales en los sistemas de refrigeración, calefacción, motores, calderas, torres de enfriamiento, entre otras.

Clasificación de los intercambiadores de calor

  • De contacto directo: Es el intercambio de calor cuando se mezclan los dos fluidos. No es utilizado frecuentemente debido a que no solo transfiere calor y cambian sus temperaturas sino que cambian sus composiciones químicas al mezclarse con otro fluido.
  • De contacto indirecto: aquellos en los que los fluidos no entran en contacto directo. La transferencia se realiza a través de convección y conducción de la pared separadora. Dentro de los de contacto indirecto aparecen dos tipos:
  • De flujos cruzados: Los flujos de los fluidos forman un angulo entre si
  • De flujo paralelo: Los flujos de ambos fluidos discurren paralelos. Si tenemos en cuanta el sentido también, aparecen dos clasificaciones mas dentro de flujo paralelo:
  • En equicorriente: ambos fluidos tienen el mismo sentido, es decir, “van los dos para el mismo lado”.
  • En contracorriente: los fluidos tienen sentido contrario, es decir, uno va para un lado y el otro fluido va para el lado opuesto.

Video de como funciona un intercambiador de calor

Como funciona una termocupla

La termocupla es el sensor de temperatura que más se usa en la industria. A continuación, se explica cómo funciona una termocupla o termopar.

¿Qué es una termocupla?

Una termocupla o termopar, es un transductor que se forma al unir dos metales distintos para que así se produzca una diferencia de potencial que es pequeña (de acuerdo con el orden de los milivoltios), lo que es función de la diferencia de la temperatura entre uno de sus extremos que se denomina punto caliente y el otro llamado punto frío.

Por lo anterior, este dispositivo sirve como transductor, es decir traduce un tipo de señal en otra. En este caso si se aplica temperatura a la unión de los metales, se generará una diferencia de tensión entre los dos alambres. Por lo que en este caso la termocupla sirve para traducir una señal de temperatura en una señal de voltaje.

¿Para qué sirve una termocupla?

La termocupla es un dispositivo fundamental dentro de la industria y aún más para la automatización. Es uno de los elementos principales de control ya que permite medir las temperaturas, traducirlas a voltajes y poder compararlas con una temperatura de referencia a la que se desea que algo esté. También se concibe como un sensor de temperatura para el sector de la instrumentación industrial.

¿Cómo funciona una termocupla?

El termopar o termocupla va a constituir lo que se conoce de forma usual como un sensor de temperatura y este es un tipo de dispositivo con el que se genera y transmite una señal eléctrica, la cual es proporcional a la temperatura que se va a encontrar en el medio.

La tensión pequeña que se genera por parte de este sensor, debe amplificarse para ser interpretada o leída. Son muchos los testers de uso masivo que incorporan una termocupla, la cual se acopla a las entradas adecuadas y por ende, se permite la lectura de la temperatura del medio de manera inmediata.

Como funciona una termocupla

Video de cómo funciona una termocupla

Tipos de termocupla

Existen una gran variedad de termocuplas ya que se pueden formar solo con la unión de dos metales. Los tipos de termocuplas varían según el rango de temperatura que se desea traducir. Las principales son:

  • Tipo K – La unión está dada por cromel y alumel. Traduce temperaturas entre –200 y +1372 °C
  • Tipo J – Unión entre hierro y constantán. Rango de temperatura entre –270 y +1200 °C
  • Tipo T – Unión entre cobre y constantán. Rango de temperatura entre -200 y 260 °C

Aplicaciones de una termocupla

  • Ejemplo 1 – Un caso típico es la termocupla en un intercambiador de calor. Si yo ingreso agua a un intercambiador de calor y quiero que salga a 60 °C, la termocupla medirá la temperatura, generara un voltaje dependiendo de la temperatura que midió y este voltaje será comparado con uno de referencia para ver si la temperatura está a 60 °C.
  • Ejemplo 2 – Las máquinas eléctricas los incorporan con frecuencia para disponer de un sensor de temperatura de modo constante y así regular funciones o cuidar el aparato.
  • Ejemplo 3 – Los transformadores incluyen una termocupla o termopar como parte de su sistema para así conocer la temperatura en momentos distintos y por ende cumplir con su tarea sin inconvenientes en torno a la temperatura.
  • Ejemplo 4 – En la actualidad la termocupla se complementa con los analizadores termográficos, los cuales son sensores de radiación térmica, así que no tocan partes que puedan ser susceptibles de recalentarse, sino que lo hacen por proximidad al calor radiado.

Como funciona un panel solar

Un panel solar es un dispositivo capaz de captar las radiaciones provenientes del sol, radiaciones electromagnéticas, y transformarlas en energía eléctrica.

Este tipo de producción de energía eléctrica es renovable, ya que usa la energía solar, la cual nunca se agota, y no produce contaminación ambiental. Este punto es importante tenerlo en cuenta debido al mal estado de la atmósfera en los últimos años, por consecuencia de la gran contaminación, en parte causada por la producción de energía eléctrica con otros métodos contaminantes, como por ejemplo quema de combustible.

Descripción de un panel solar

Los paneles solares son paneles formado por células fotovoltaicas o célula fotoeléctrica la cual es la encargada de transformar la energía lumínica en eléctrica. Lo que sucede a grandes rasgos es que la luz produce protones y electrones a los lados de la célula, en los conductores, y este campo eléctrico produce el desplazamiento de los electrones hacia los protones, lo que comunmente es llamado electricidad.

Energía entregada por un panel solar

Una célula con un diámetro de 6 cm produce aproximadamente 0,5 A de 0,5 V. Realizando algunos cálculos resulta que la potencia que puede entregar un panel solar por m² esta entre 50 y 150 W.

Video de como funciona un panel solar

https://www.youtube.com/watch?v=ncC-qGsWvAY

Cómo funcionan las torres de enfriamiento

El agua es un recurso prácticamente esencial para una industria, una empresa o una fábrica. Hay maquinas que funcionan a base de agua, hay procesos en los que se necesitan agua, el aseo y la higiene de los empleados, y muchas cosas más. Por este motivo, una torre de enfriamiento siempre viene bien, ya que permite enfriar el agua utilizada en un proceso para volver a reutilizarla.

En otras palabras, una torre de enfriamiento es un intercambiador de calor donde se hace circular aire en contracorriente con el agua para que el agua caliente le ceda calor al aire y así se enfríe. A fines de optimizar este proceso, se aconseja que el agua este pulverizada, es decir que caiga en forma de gotas pequeñas para aumentar la superficie de contacto con el aire y aumentar la transmisión de calor.

Tipos de torres de enfriamiento

  • Tiro Inducido: Se colocan ventiladores con ejes verticales de alta potencia colocados en el techo que absorben el aire que ingresa en sentido horizontal a la torre y así hacerlo pasar entre una lluvia de agua que cae desde el techo.
  • Tipo forzado: Fuerza el aire a entrar a la torre con ventiladores de eje horizontal, se le hace cambiar la dirección al aire para que ascienda y hacerlo pasar mediante una lluvia de agua. La desventaja de esta torre es que el aire caliente que sale no es impulsado por ventiladores hacia el exterior, quedando en las cercanías de la torre, con la posibilidad de que sea vuelto a utilizar y sea menos eficiente ya que está más caliente y enfriaría menos.

Video de cómo funciona una torre de enfriamiento

Como funciona una brújula

Una brújula es un dispositivo compuesto por una flecha que apunta siempre al norte. Entonces, si estamos perdidos, pero sabemos que debemos ir al oeste, utilizando la brújula sabremos para que dirección esta el norte y sabiendo ubicar los puntos cardinales, sabremos en que dirección esta el oeste.

La brújula fue inventada en china, en el siglo IX aproximadamente con el propósito de orientarse y conocer las direcciones cuando se navegaba a mar abierto.

Magnetismo

El funcionamiento de la brújula se basa en el magnetismo. El magnetismo no tiene una explicación, lo mas fácil es suponer que es una perturbación en el aire, que afecta a determinados materiales, generándoles distintos tipos de fuerzas. Tiene dos polos, positivo y negativo. Se demostró que los polos opuestos se atraen.

También debemos saber que la tierra es un gran productor de flujo magnético. Este flujo va desde el sur hacia el norte. El norte tiene polo positivo mientras que el sur negativo.

Entonces si nosotros colocamos en la punta de la flecha un material, al cual sometiéndolo a un flujo magnético se produce una fuerza en dirección del flujo, estamos en presencia de una brújula. El material vendría a ser un imán. El polo negativo del imán es atraído por el positivo de la tierra.

Vídeo de como funciona una brújula