Calderas

James Watt observó que se podía utilizar el vapor como una fuerza que podría reemplazar la fuerza animal y manual, así fue como se fue desarrollando la caldera, hasta llegar a las que se tienen en las industrias de la actualidad.

Una caldera está diseñada para generar vapor, el cual es generado a través de una transferencia de calor a presión constante, en el cual, el fluido, que originalmente era liquido se calienta y cambia de fase. Además, es un recipiente de presión, por lo que es construida con acero laminado, semejante a muchos contenedores de gas.

Una caldera es muy utilizada en la industria, debido a las muchas aplicaciones que tiene el vapor, en especial el de agua. Como por ejemplo para calentar fluidos y mejorar su fluidez en la industria petrolera, para generar electricidad a través de un ciclo de Rankine. Las calderas forman parte fundamentales de las centrales termoeléctricas.

No se debe confundir una caldera con un generador de vapor, ya que el último genera vapor sobrecalentado.

Esquema de una Caldera:

En  este dispositivo podemos asumir que:

Ps=Pe   Ts>Te    Ts=Te

∆EP=mg(z_s-z_e)= 0

∆EC=0.5mg(V_s²-V_e²)= 0

W= 0 à No hay trabajo

Pero si hay calor (Q) por lo que podemos concluir que la primera ley de la termodinámica para las calderas está dada por:

ṁ_eh_e + Q^°_CALDERA = ṁ_Sh_s

Aplicando conservación de masa tenemos que ṁ_e = ṁ_S

Por lo que

h_e + Q^°_CALDERA = h_s

A continuación un video de una caldera

Para terminar, algunos links para el diseño, la fabricación, operación y mantenimiento de la caldera:

http://es.scribd.com/doc/17302256/DISENO-DE-CALDERAS
http://www.industrial-lima.com.pe/web/index.php?option=com_content&view=article&id=86:mantenimiento-caldera&catid=44

Intercambiador de calor de contacto directo ( Cámara de mezcla)

En los intercambiadores de contacto directo sin almacenamiento de calor las corrientes contactan una con otra íntimamente, cediendo la corriente más caliente directamente su calor a la corriente más fría. Este tipo de intercambiador se utiliza naturalmente cuando las dos fases en contacto son mutuamente insolubles y no reaccionan una con otra. Por consiguiente, no  puede utilizarse con  sistemas  gas-gas.                                                                                              

Para  estos sistemas se asume que:                                                      

·         Pe = Ps

·         Q° = 0

·         W° = 0

Conservación de masa

Σ(m°)entrada = Σ(m°)salida

Primera ley de la termodinámica

Σ(m°h)entrada = Σ(m°h)salida

 
Los intercambiadores de calor de contacto directo son de tres amplios tipos. En primer lugar, se tienen los intercambiadores gas-sólido.

Intercambiadores de contacto directo gas-solida

A continuación se tiene los intercambiadores fluido-fluido, en los que los dos fluidos en contacto son mutuamente inmiscibles. 

Intercambiadores de contacto directo fluido-fluido sin almacenamiento de calor.

Finalmente, no siempre es necesario que los dos fluidos en contacto sean mutuamente insolubles, y la figura se muestra intercambiadores donde uno de los fluidos circulantes se disuelve en el otro. En particular, en los sistemas aire-agua el intercambiador de contacto directo es de gran importancia ya que justo una de las fases (agua) se disuelve, o evapora, en la otra fase (aire). La torre de enfriamiento de agua, mostrada en la figura siguiente es un ejemplo de este tipo, y de hecho representa el tipo más ampliamente utilizado de intercambiador de calor en la industria. 

Intercambiador de calor de contacto directo fluido-fluido en los que una fase puede disolverse en otra

Funcionamiento de las Torres de Refrigeración

 

Enlaces:

http://www.mhtlab.uwaterloo.ca/courses/ece309/lectures/pdffiles/summary_ch3&4.pdf 

http://es.scribd.com/doc/9866086/Thermodynamics-Notes-4