Cámara de Mezcla

 

Centrándonos específicamente, en los intercambiadores de calor. Los cuales son un conjunto de dispositivos termodinámicos que poseen una amplia variedad de funciones y aplicaciones; nos iremos directamente a lo que se conoce como "cámara de mezcla". la cual al ser enfocada en estas funciones casi similares a otros dispositivos intercambiadores, está  catalogada como parte de los intercambiadores de contacto directo.
Siendo la cámara de muestra un intercambiador de calor de contacto directo, a continuación explicaremos  los conceptos y aplicaciones referentes a la Cámara Mezcladora, tomando en cuenta que las fórmulas  y principios básicos de otros dispositivos, son diferentes cada uno del otro, con ligeras similitudes.

Conceptos sobre la Cámara de Mezcla

La sección donde sucede el proceso de mezclado de 2 corrientes de fluidos, es llamada cámara de mezcla, o simplemente mezclador. el cual se caracteriza principalmente por ser un dispositivo adiabático.

Este tipo de dispositivo solo se emplea en los sistemas continuos o circulantes para la mezcla completa de fluidos miscibles. en donde su funcionamiento, para introducir, trata acerca de una o mas corrientes de fluido(gas ideal o vapor) que ingresan en el dispositivo de mezclado, que luego de mezclarse, salen bajo un mismo estado. siendo ambas presiones, entrada y salida, la misma.

El principio de Conservación de la masa para una cámara de mezclado requiere que la suma de los flujos másicos entrantes sea igual al flujo másico de la mezcla saliente. siendo este un dato muy importante a la hora de realizar problemas de aplicación o análisis referentes al dispositivo.

Las cámaras de mezclado por lo regular están buen aisladas(Q=0), osea que la transferencia de calor es casi nula y normalmente no involucran trabajo(W=0). Así mismo, las energía cinética y potencial de las corrientes de fluido son comúnmente insignificantes, permitiéndonos suponer, para efectos académicos que ambas serán cero(EP=0, EC=0). entonces lo que nos quedaría como resultado en la ecuación de energía, seria energías totales de las corrientes entrantes y la mezcla que sale.

el principio de conservación de la energía requiere que estas 2 sean iguales entre si; por lo tanto, para este caso la ecuación de conservación de la energía es análoga a la de la conservación de masa.

suposiciones para la aplicación de la primera ley de la termodinámica.

Como anteriormente hemos dicho, hay ciertos valores de energía, masa, etc. que no son tomados en cuenta dentro del análisis académico de una cámara de mezcla. Para tener una mejor visión de cuales son estos casos particulares, a continuación detallaremos estas suposiciones, para su mejor compresión:

• La presión de entrada es igual a la presión de salida (Pe=Ps)
• Las energías cinética y potencial son insignificantes, por lo que se les puede considerar igual a "0" (EP=0; EC=0)el dispositivo no presenta transferencia de calor, por lo que su calor especifico y flujo de calor serán igual a "0" (Q=0)
• El trabajo es despreciable.

ecuación de continuidad

La ecuación de continuidad para cámaras de mezcla es:

 

ecuación de la primera ley termodinámica para una cámara de mezcla 

Al partir de la ecuación termodinámica completa y cancelar las suposiciones realizadas anteriormente, tenemos una primera ley termodinámica como la siguiente:

apariencia de una cámara de mezcla

En la imagen a continuación, se puede observar la apariencia de una cámara de mezcla en lo que se puede llamar un diagrama para el análisis de la misma matemáticamente.

se preguntaran, ¿Qué hace el signo de la transferencia de calor(Q)?, si ya anteriormente se había dicho de que el mismo no se toma en cuenta en el análisis de la primera ley termodinámica para sistemas abiertos. pues para responder a la interrogante, se tiene que el análisis y suposiciones que anteriormente fueron expuestas, son específicamente a una cámara de mezcla que en la mayoría de los casos siempre estará bien aislada a la transferencia de calor, solo que, mas bien este símbolo de transferencia de calor, viene al hecho de que los 2 fluidos que entran, se transfieren temperaturas, para luego salir con una sola.

Muestra de lo anteriormente dicho, en la figura a continuación, se tiene una cámara de mezclado totalmente aislada a la transferencia de calor externa. esta mas bien es utilizada en procesos industriales, como en los sistemas de aire acondicionado y en una planta de vapor con recuperación de calor.

Esta cámara de mezclado forma parte del tipo de cámara de mezclador a chorro, ya que a ella llega un flujo a una presión "X" y sale a la misma presión solo que varia su velocidad dependiendo de la bomba que se utiliza.

además al mezclador a chorro, se tiene el mezclador de inyector, que mas bien consiste en 2 tubos donde viajan 2 fluidos distintos que al momento en que se abre un dispositivo, se inyectan ambos fluidos.

 

 

 

 

aplicaciones industriales y domesticas de la cámara de mezcla

• un ejemplo clásico de una cámara de mezclado lo constituyen las llaves de paso en las regaderas caseras, en donde se busca acondicionar la temperatura del flujo de agua dependiendo de la apertura de la llave fría o caliente.
• en la soldadura autógena, se utiliza una pequeña cámara de mezclado dentro del soplete, en donde se mezcla el combustible(acetileno) con el oxigeno, causando así una llama, que por medio de reguladores, se obtienen distintos tipos de llama.
• en algunas piscinas, por lo general las mas grandes, se utiliza una cámara de mezclado de agua y cloro, en donde para ahorrar el trabajo manual de regar el cloro en polvo por la piscina, con la ayuda de una bomba, se tira este fluido proveniente de la cámara de mezcla, hacia la piscina.

 

 

 

representaciones gráficas de la cámara de mezcla

 

 

 

 

 

 

problema ilustrativo

entra agua liquida a 25°C y un flujo volumétrico 7.5 lt/s a una cámara de mezclado. se inyecta vapor a 1.5 bar y 120°C de tal manera forma que el flujo a la salida es liquido a 90°C. determine la cantidad de vapor requerida.

resolución:

 

referencias

http://prezi.com/11zn3v39hqjn/camaras-de-mezcla/

http://www.fsalazar.bizland.com/pdf/T303.pdf
http://www.fsalazar.bizland.com/pdf/T303.pdf