Intercambiador de calor

Intercambiador de calor
Resumen
El presente informe explica el funcionamiento de una maquina hecha con dispositivos de control electrónico y materiales reutilizables, que simula un proceso de pasteurización, el cual se realizó con fines académicos, para que los estudiantes puedan hacer cálculos de transferencia de calor en el sistema y motivarlos a que diseñen sus propios dispositivos decontrol.
Palabras claves- Pasteurizadora, dispositivos electrónicos, transferencia de calor.
I. Introducción
En la industria se utiliza el proceso de la pasteurización que es un proceso térmico realizado a líquidos (generalmente alimentos) con el objeto de reducir los agentes patógenos que puedan contener: bacterias, protozoos, mohos y levaduras, etc. El proceso de calentamiento recibe el nombrede su descubridor, el científico-químico francés Louis. [1]
II. Metodología
A. Descripción general del sistema
El sistema consta de un radiador, un ventilador de 110 Vac, tres bombas de agua de 12 V dc, una resistencia eléctrica de 110 Vac (electrodo), mangueras de 8 mm, tres tanques plásticos, sensores de nivel y de temperatura.
El sistema está distribuido como se muestra en el diagrama dela figura 1.

Fig. 1 Distribución de componentes del sistema de pasteurización
El ciclo comienza cuando se deposita agua hasta el nivel alto 1 de la tolva, con este suceso el electrodo se enciende ocasionando un aumento de la temperatura en el agua como se muestra en la figura 2.
Fig. 2 Encendido del electrodo
El sensor de temperatura 1censa la temperatura del agua, cuando se llega a latemperatura deseada por el usuario en la tolva se debe encender la bomba1 y el ventilador, por lo cual el nivel de agua desciende, cuando se baja del nivel alto 1 el electrodo se apaga con el fin de que este no se destruya, como se muestra en la figura 3.

Fig. 3 Encendido de bomba1 y ventilador
El agua caliente es impulsada hacia el radiador el cual tiene como objetivo hacer un intercambio porconducción con el agua y el ventilador realiza una convección forzada para que la temperatura del agua descienda rápidamente.
El tanque tiene como objetivo hacer recircular el agua caliente, ya que el radiador tiene un recorrido muy corto, por lo que se necesita que el agua tenga más camino para que se enfrié más rápido, para esto se utiliza la bomba 2 la cual entra a funcionar cuando el agua en eltanque llega al nivel alto2, en este momento se activa la bomba2 que devuelve el agua caliente hacia la tolva, con este movimiento del agua sumado con el aire del ventilador y la transferencia de calor del radiador, el agua tomo poco tiempo para enfriarse, para entender mejor que pasa en este estado veamos la figura 4.

Fig. 4 proceso enfriamiento del agua
Cuando el sensor de temperatura 2detecta la temperatura de set point del tanque que normalmente es de 30°C la temperatura a la que debe quedar el agua, se apaga la bomba 2 y en este momento solo está funcionando el ventilador y la bomba1 como se muestra en la figura 5.

Fig. 5 Enfriamiento del agua y detección del sensor de temperatura

Como solo esta funcionando la bomba1 el nivel de agua de la tolva desciende, cuando el sensorde nivel bajo 1 no detecta agua la bomba funciona por 8 segundos para vaciar toda el agua hasta el tanque como se muestra en la figura 6.

Fig. 6 agua enfriada
Cuando la bomba 1 se apaga comienza a funcionar la bomba 3 por 30 segundos para depositar toda el agua fría en el tanque de salida y el ventilador se apaga, terminando así el ciclo como se muestra en la figura 7.

Fig. 7 proceso finalB. Hardware del sistema de control
El proceso es controlado por un microcontrolador pic 16f877A el cual recibe la información de los sensores de nivel y temperatura, para poder controlar salidas que son las bombas de agua, el electrodo y el ventilador, además este permite visualizar las temperaturas de la tolva y tanque en una lcd 2 X16.
El panel de control tiene cinco pulsadores con los...