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Diseño y fabricación de equipos para la enseñanza e investigación de la ingeniería. Evolucionamos constantemente para adaptarnos a las necesidades del sector de la educación de la ingeniería.

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Módulo de Servicio de Intercambiadores de Calor Controlado por Ordenador

Una gama de intercambiadores de calor a pequeña escala diseñados para ilustrar los principios y técnicas de transferencia de calor indirecta entre corrientes de fluido. Diferentes tipos de intercambiadores de calor se pueden montar en esta unidad de servicio común.

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HT30XC

TRANSFERENCIA TÉRMICA Y TERMODINÁMICA
HT30XC Estudios Sobre Intercambiadores de Calor Asistidos por Computadora - Versión 2

Presentamos un rango de intercambiadores de calor en pequeña escala, pensados para que los alumnos logren una ágil comprensión de los principios y técnicas empleadas en el intercambio de calor entre fluidos.

Pueden armarse sobre cualquier mesa de laboratorio, ofreciéndose versiones en pequeña escala de equipos usados normalmente a nivel industrial (de placas, tubular y haz de tubos) para poder analizarlos y compararlos.

El usuario puede operar el equipo desde su PC, y además se entrega con adquisidor de datos, software didáctico y de operación.

Posee sistemas a prueba de fallas, como por ejemplo un circuito vigía para asegurar la correcta operación desde una computadora remota.

Especificación Para Pedidos

• Banco de laboratorio diseñado para trabajar con varios intercambiadores de calor en pequeña escala.
• Recipiente y bomba de recirculación de agua caliente, sistema de control de agua fría, interfase operativa e instrumentos de medición necesarios.
• Recipiente de agua caliente de acrílico transparente (para mejorar la visibilidad) y calentador de 2kW, con corte por exceso de temperatura o bajo nivel de agua.
• Bomba de agua bidireccional (para investigaciones en contracorriente y co-corriente sin reconfigurar el hardware); control de caudal comandado por PC.
• El sistema de agua fría incluye regulador de presión de ajuste manual y servoválvula de control de caudal comandada por PC.
• Para ambos caudales, los niveles de flujo pueden exceder los 5l/min. Esta característica puede variar con ciertos modelos de intercambiador (p. Ej.: Intercambiadores Placa HT32 y HT36).
• Monitoreo de hasta 10 temperaturas (termocuplas tipo K) utilizando el módulo de servicios comunes. Funcionamiento rango: 0-75ºC, resolución 0.1ºC.
• Dos caudalímetros, Funcionamiento rango 0.2-9l/min, resolución 0.1ºC.
• Mediciones transferibles a una PC bajo Windows (no incluida) por medio de interfase USB. La computadora también regulará los caudales, la temperatura de entrada del agua caliente y la dirección del agua fría.
• Software didáctico.
• Manual con instrucciones de armado, instalación y primera puesta en marcha, sugerencias de prácticas de laboratorio y su posterior análisis.

Características Principales

> Equipamiento en pequeña escala, para mesa de laboratorio.
> Al responder rápidamente, permite hacer investigaciones a corto plazo y en profundidad.
> Representa claramente la mayoría de los intercambiadores de calor utilizados en la industria.
> Se opera totalmente por computadora, incluyendo la inversión de sentido de circulación de los fluidos para efectuar investigaciones en co-corriente y contracorriente.
> Se comunica a través de un puerto USB estándar.
> Sus previsiones de seguridad permiten operarlo desde una computadora remota.
> Trae un completo software didáctico, con funciones de comando, adquisición de datos, graficación avanzada y una completa sección de Ayuda.
> Apto para evaluación de proyectos y trabajos de desarrollo. El módulo de servicios comunes puede utilizarse para ensayar intercambiadores de calor desarrollados en su propia institución.

Descripción

Este módulo suministra los servicios que requieren los intercambiadores de calor Armfield para su operación. Provee caudales controlados de agua fría y caliente, siendo este último reversible en su sentido, control de temperatura inicial del agua caliente e instrumentación.

La instrumentación permite llevar a cabo investigaciones profundas sobre el comportamiento y rendimiento de los intercambiadores de calor. Cada intercambiador puede ser reemplazado rápidamente y de este modo, hacer trabajos comparativos entre intercambiadores de distinto tipo.

El HT30XC necesita una PC para operar como interfase del usuario y conectarse a un puerto USB para simplificar su configuración y manejo. Una vez que un intercambiador ha sido instalado y configurado, todas las demás funciones pueden operarse desde la computadora. En casos de fallas o colapso de las comunicaciones, el sistema se apaga automáticamente asegurando la integridad de la instalación y sus operadores.

Descripción del Hardware

La unidad proporciona dos caudales al intercambiador de calor: uno cerrado de agua caliente y otro abierto de agua fría. El primero se calienta en un recipiente con una resistencia calefactora alimentada a través de un SCR (relay de estado sólido) comandado desde la computadora. Un termostato de seguridad limita la temperatura máxima del agua a 85ºC.

Una bomba de engranajes conduce el agua del recipiente al intercambiador de calor y nuevamente al recipiente calentador. La velocidad y dirección de bombeo son controlados por la computadora, con lo que se puede trabajar a co-corriente o contra corriente sobre un amplio rango de caudales.

La corriente de agua fría proviene de una canilla de la red. Una válvula variable, también controlada por la PC, gradúa el flujo del intercambiador. Se incluye un regulador manual de presión de entrada para minimizar los efectos de las fluctuaciones de presión de la red sobre el equipo.

Se incluyen circuitos de acondicionamiento para un máximo de 10 termocuplas de tipo K, un caudalímetro para el circuito primario y otro para el secundario.

Al encender la unidad, ésta queda en modo espera (Standby). Para el encendido completo, el software debe enviar algunas señales especiales (por medio de la interfase USB). Esto ocurre para asegurarse de que los calentadores, la bomba y la válvula de paso de agua fría solo se activarán si el software funciona correctamente. La unidad también cuenta con un interruptor de detención de emergencia. Todos los circuitos eléctricos están situados en el interior del gabinete aislante de ABS del equipo y un disyuntor diferencial proporciona protección eléctrica adicional al operador. El gabinete integral de ABS tiene formada una pequeña bacha y un drenaje con tapón para manejar eventuales pérdidas o derrames de líquido.

Descripción del Software

Con el equipo HT30XC se entrega un software didáctico compatible con todos los intercambiadores de calor Armfield. Para cada intercambiador, se entrega un programa por separado que contiene las prácticas sugeridas. Cada ítem cuenta con su ejercitación específica, pero en general están disponibles las siguientes prestaciones:

• Diagrama del equipo con temperaturas y flujos.
• Botón de software que pasa el equipo del modo Standby a su completo encendido.
• Operación de la válvula de control del caudal de agua fría con flechas ascendentes/descendentes o escribiendo un valor de 0 a 100%. El caudal medido puede leerse directamente en l/min.
• El caudal de agua caliente se configura ingresando un valor numérico en el set-point de un controlador PID. Esta modalidad asegura un caudal regular aunque varíe la viscosidad del agua por los cambios de temperatura.
• Otro lazo PID controla al calentador, cuyo set-point también está bajo control del usuario.
• Los datos tomados por los sensores se cargan automáticamente en una hoja tabular, con intervalos de adquisición determinados por el usuario (también es posible hacer lecturas de un solo juego de valores).
• Se proporciona una sofisticada función de graficación, que incluye herramientas para la comparación de distintos ensayos realizados entre sí y versus valores calculados (p. Ej.: LMTD).
• Hay preguntas para los alumnos y las respuestas correspondientes en varios niveles de ayuda o "pistas".
• Los valores medidos pueden procesarse para obtener valores calculados, los que pueden integrarse a las preguntas y respuestas para asegurar la comprensión del alumno.
• Los datos del ensayo (medidos y calculados) pueden guardarse en un archivo o exportarse directamente al formato Microsoft Excel.
• Los valores recogidos por los sensores pueden mostrarse independientemente de la función de adquisición. Por ejemplo, es posible usar un gráfico de barras, o un registrador para chequear la estabilidad de la temperatura antes de comenzar un ensayo.
• Pueden consultarse las pantallas de control general del software, equipo, proceso y teoría asociada. Esta sección de Ayuda posee una detallada guía e información de soporte.

Software Definido por el Usuario - Operación Remota

Junto con al software original, en el CD se incluyen drivers (controladores) para que otras aplicaciones se comuniquen con el HT30XC por medio de la interfase USB. Esto permite a los usuarios generar sus propios programas en vez de utilizar el del fabricante. El programa puede escribirse en varios sistemas: LabView, MatLab, C, C++, Visual Basic, Delphi y cualquier otro que permita hacer llamadas a drivers externos. El objetivo es que el usuario pueda adaptar el software a sus necesidades dentro de un ámbito conocido y compatible con su trabajo.

Una extensión de esta metodología hace posible la operación del módulo en forma remota, como por una Red de Area Local (LAN) o Internet. El HT30XC es ideal para operaciones remotas ya que fue diseñado para asegurarse que la unidad se desactive automáticamente en casos de fallas en la comunicación. Una vez configurado e instalado el intercambiador de calor, todas las funciones de investigación están bajo control de la PC y por lo tanto, el alumno no necesita estar presente cuando éstas se llevan a cabo.

En una instalación típica, el HT30XC se conecta a una PC local por el puerto USB. Esta a su vez está conectada a las PC de los usuarios por medio de la LAN. El programa de interfase se opera desde la PC remota (usuarios) y se comunica con el software de control en la PC local (Armfield no proporciona el software para este tipo de sistema).

Para uso remoto, en el módulo de servicio debe instalarse el intercambiador de calor que corresponda, y debe ajustarse el regulador de presión de agua fría para que el intercambiador se adapte al suministro de agua. Luego, la unidad se enciende y permanece en modo "Standby" hasta que el software correspondiente le exija encenderse por completo. Con los equipos HT31, HT32 y HT33, todas las funciones pueden operarse en forma remota. En el caso del HT34, HT36 y HT37, pueden configurarse de diferentes modos, por lo que la configuración final deberá ser manual e implementada localmente. Sin embargo, una vez cumplimentado este paso, pueden realizarse diferentes investigaciones para la configuración asignada, incluyendo los flujos en contracorriente y co-corriente.

Intercambiadores de Calor Disponibles

El módulo de servicios comunes para intercambiadores de calor HT30XC puede usarse con una amplia gama de intercambiadores, desde los muy sencillos para demostrar trabajos a contracorriente y en co-corriente o con sistemas reconfigurables con mediciones de temperaturas intermedias para efectuar investigaciones profundas de los intercambiadores de calor. Los equipos pueden intercambiarse fácilmente desajustando los tubos flexibles con enganche rápido (Quick Fit TM), y un sistema de montaje con tuercas mariposa.

Prácticas Propuestas

Las prácticas comunes a todos los equipos de la serie HT30XC incluyen lo siguiente:

> Demostración de calentamiento/enfriamiento por medio de la transferencia de calor de un caudal de líquido a otro cuando los separa una pared sólida.
> Determinación de balance energético (balance de calor) y cálculo de eficiencia midiendo caudales y temperaturas de los circuitos primario y secundario.
> Presentación y comparación de diferentes modelos de intercambiadores de calor.
> Uso de la Diferencia de Temperatura Logarítmica Media (LMTD) en cálculos de transferencia de calor.
> Definición y medición del Coeficiente Equivalente de Transferencia de Calor (U).
> Demostración de las diferencias entre la operación en contra corriente y en co-corriente (no es relevante en algunas de las configuraciones del HT34).
> Demostración de la transición de flujo lineal a turbulento.
> Efecto de los cambios de caudal frío/caliente sobre el Coeficiente Equivalente de Transferencia de Calor.
> Efecto del salto térmico sobre el coeficiente de transferencia térmica.
> Investigación de la pérdida de calor y reducción del coeficiente de transferencia de calor debido a la degradación de las superficies (proyecto estudiantil ideal para trabajar con degradación inducida).

Prácticas adicionales con el intercambiador de calor tubular extendido HT36
> Demostración de superposiciones de temperatura de los caudales en contra corriente.
> Perfiles de temperatura en todo el recorrido en contracorriente o co-corriente paralelas.
> Comparación del efecto de distintas áreas de transferencia.

Prácticas adicionales con la Intercambiador de Calor Extendido a Placas Reconfigurable HT37
> Perfiles de temperatura considerando el recorrido del intercambiador en contracorriente o co-corriente.
> Demostración de superposiciones de temperatura de los caudales con operación en contra corriente.
> Uso del factor de corrección LMTD al calcular el Coeficiente Global de Transferencia de Calor.
> Comparación del efecto de diferentes áreas de transferencia de calor.
> Etapa de regeneración para optimizar el rendimiento energético cuando se debe calentar y subsecuentemente enfriar un producto.
> Trabajo de proyecto para implementar varias configuraciones de intercambiadores a placas, con zonas en serie, paralelo y mixtas.

Prácticas adicionales para el Recipiente Encamisado HT34
> Introducción al intercambio de calor en un recipiente agitado y encamisado, trabajando por lotes o con alimentación continua. Comparación de la operación y rendimiento al usar camisa o resistencia de calentamiento.
> Efectos del agitado y llenado del recipiente (volúmen) sobre la transferencia de calor.

Prácticas adicionales con un intercambiador de calor proporcionado por el usuario

Los ejercicios anteriores pueden realizarse si correspondieren, siempre y cuando el intercambiador proporcionado por el usuario respete las características de caudal, temperatura, dimensiones y anclajes adecuados. El módulo de servicio ayudará a evaluar los prototipos construidos por los alumnos como proyectos de investigación.

Accesorios Imprescindibles

El usuario debe tener acceso a una PC con un puerto USB libre, Windows 98, o más adelante. Se necesita por lo menos un módulo intercambiador de calor; los equipos adicionales son optativos. El HT36 requiere el HT30XC de Armfield, Intercambiador de Calor operado por computadora. El HT31 puede usarse con el HT30XC o el HT30X.

Requisitos

Suministro Eléctrico Monofásico:

HT30XC-A: 230V, 50Hz, 10Amp
HT30XC-B: 115V, 60Hz, 20Amp
HT30XC-G: 230V, 60Hz, 10Amp

Suministro y Drenaje de Agua Fría:

5 l/min. a 1 bar

Especificacion de Transporte

Volumen: 0.33m³
Peso bruto: 33kg

Dimensiones Totales

Alto: 0.45m (módulo de servicio solamente)
Ancho: 1.0m
Profundidad: 0.5m