Sistema de control de la refrigeracion en un laboratorio

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  • Publicado : 4 de mayo de 2011
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En este trabajo se muestra el diseño de un sistema de refrigeracion mediante recirculacion de agua para un equipo de laboratorio (destilador). El sistema de refrigeracion auxiliar se aproxima a uno de primer orden en el que se diseño un control PI el cual se encarga de mantener la temperatura del fluido refrigerante en un valor fijo. El sistema de refrigeracion principal y el sistema derefrigeracion auxiliar se implementan sobre un recipiente contenedor de agua con las caracterısticas de un condensador evaporativo y el controlador de temperatura y de nivel se implementan en un dispositivo programable PIC18F452, los valores de las temperaturas, fecha, hora y valores de nivel (renovacion de fluido refrigerante) se pueden leer directamente del dispositivo a traves de una pantalla LCD. Elinstrumento es totalmente automatico en las variables de llenado y vaciado del tanque, control de fugas, encendido y apagado de la recirculacion de agua, control de temperatura del agua y control de temperatura del tubo y permite un ahorro del fluido refrigerante (agua) y tiempo de destilacion.

En algunos laboratorios de investigaci´on se necesitan refrigerar diversos procesos sin la necesidad dedisminuir tanto la temperatura y de maneras mas econ´omicas, en estos casos se hace uso del agua como refrigerante. Una de las fallas de este tipo de sistemas de refrigeraci´on es la dependencia de la continua circulaci´on

del fluido para garantizar una temperatura fija, ya que,de recircularla, ganar´ıa calor, y por ende la eficienciaen el proceso se ver´ıa reducida con el paso del tiempo.Se hacenecesario implementar unproceso de controlen la temperatura del fluido, para garantizar una temperatura estable si se quiere recircular el agua; adem´asse necesitar´ıa de otro proceso auxiliar de refrigeraci´onque tenga la eficiencia adecuada para remover el calorganado por el refrigerante y de esta manera generar unproceso cont´ınuo y estable.En este art´ıculo se propone el dise˜no yconstrucci´onde un sistema de refrigeraci´on auxiliar autom´atico, quetiene la capacidad de medir y evaluar las variables necesarias para un desempe˜no aut´onomo; haciendo uso detecnolog´ıa accesible, a un costo menor en comparaci´ona un sistema de refrigeraci´on de compresor y de f´aciluso.
2. Modelado del Sistema de Refrigeraci ´on
Para modelar el sistema se toma al condensador comoun ´unico sistema, enel cual se cumple la primera ley dela termodin´amica. Existe una superficie de frontera, ladel tubo intercambiador de calor, cuyo cambio de temperatura en funci´on del tiempo nos brinda informaci´onsobre el proceso t´ermico. Para el an´alisis de flujo decalor en estado transitorio, asumimos que la temperatura es unicamente funci´on del tiempo y que es uniformeen cualquier instante en el medio, estasuposici´on esv ´alida cuando el valor de la conductancia interna delmaterial por unidad de longitud es mayor que diez veces el coeficiente de transferencia de calor, esta relaci´onesta determinada por el n´umero de Biot [1], en nuestrocaso tenemos Bi = 0.087, para una temperatura m´axima del tubo de 60◦C. Para el modelado del sistemaauxiliar de refrigeraci´on tenemos lo siguiente (Fig. 1):
Q +Ah[T∞ − T (t)] = mcp. d/dt .T (t)
En el sistema de la figura (1), el flujo de agua quesale del tanque de almacenamiento es el mismo flujo deagua que entra a ´el pero con una temperatura menor, debido a la acci´on del ventilador axial; es evidente que lap ´erdida de calor del agua es directamente proporcionala la potencia suministrada al motor. Suponemos que, aflujo constante de agua, introducimos unamasa de aguam1 [kg] con una temperatura T1 [◦C] a una masa deagua m2 [kg], la cual se encuentra a una temperaturaT2 [◦C],el sistema se describe entonces, de la siguientemanera:
Calor ganado por la masa de agua m1.=Calor perdido por la masade agua m2
Matem´aticamente esto esta descrito por:
m1 . cp . dT/dt = hA(T − T2)

3. Dise ˜no Electr´onico del Sistema de Refrigeraci ´onEl sistema de...
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