Sistema de control de la refrigeracion en un laboratorio
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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