Una vez que se concluyo con el tiempo de la prueba de isotermicidad, los termosifones se sometieron a diferentes condiciones de operación para evaluar su desempeño. El cual se realizó determinando el calor absorbido por el aire al pasar este a través del tubo termosifón a diferentes cargas térmicas y velocidades de aire.
Para este experimento se tuvieron los siguientes parámetros:
Tabla 3.4.-Matriz de prueba para determinar la isotermicidad en el TTB
Muestra TTB
Fluido de trabajo
Temperatura promedio del termopar por cada hora
Temperatura promedio del termopar por cada día
Ta1 Ta2 Ta3 Ta4 1 2 3 4
41
Parámetro que se variará
- Suministro de calor de 100 W a 300 W
- Velocidad de aire de enfriamiento de 6 m/s y 8 m/s
Factores que se mantendrán constantes
- Longitud de calentamiento
- Volumen del fluido de trabajo 15% del volumen interno del TTB.
Resultados esperados
- Perfil de temperaturas en la superficie del TTB - Calor transportado
- Eficiencia
En la tabla 3.5 se muestra la matriz típica de este experimento
3.4.1 Instalación experimental
La Fig. 3.9 muestra un esquema de la instalación experimental. Está se compone de el túnel de viento, el tubo termosifón, el sistema de suministro de calor y el sistema de adquisición de datos.
Tabla 3.5.-Matriz de prueba para determinar el desempeño del TTB
suministro de calor (W)
velocidad de aire
de enfriamiento (m/s) temperatura de operación (°C)
calor absorbido
por el aire (W) eficiencia 100 6 8
200 6 8 300 6 8
42 T A V adquisición de datos resistencia eléctrica 35 ,0 6 termopares cm
Fig. 3.9.-Esquema de la instalación para prueba de desempeño
La remoción de energía se llevo a cabo en la sección del condensador mediante aire, forzado por un ventilador de flujo axial para trabajo continuo de 1.5 HP, 220 V ca colocados en la sección circular del túnel de viento, el cual tiene las siguientes características: una toma de aire abierta a la atmósfera, seguido por la sección de prueba rectangular con dimensiones de 0.35 m x 0 .115 m y la velocidad del aire se regula por medio de una compuerta manual. Por lo que, la sección de prueba está localizada en el lado de succión.
Para esta prueba se utilizaron los tres tubos termosifones del punto 3.3 con su respectivo llenado, pero con las siguientes características:
Longitud de la zona de calentamiento 25 cm Longitud de la zona de condensación 35 cm
El suministro de calor se obtuvo con ayuda de una variador de voltaje marca Powersat de 7 kVA, 220 vca y aplicado este voltaje a 2 resistencias eléctricas de media caña tipo cartucho, inundada en aluminio con potencia de 1500 W, 220 vca cada una, esto para dar una temperatura de 110° a 250° C. (salida de gases de escape normalmente encontradas en varios procesos industriales por ejemplo, calderas industriales que usan gas natural).
Las resistencias eléctricas se cubrieron con fibra de vidrio con un espesor de 2.5 cm y una lámina de acero inoxidable alrededor para proteger el mismo. Alrededor del exterior de la lámina que cubre el aislante térmico se tiene instalaron 4 termopares tipo T para el cálculo de la pérdida de calor.
La medición de temperatura cumplió dos objetivos:1) obtener la temperatura en la superficie exterior de cada termosifón y 2) obtener la temperatura del aire de enfriamiento después de pasar por el termosifón.
43
En el primero, con ayuda de 7 termopares tipo T, sujetados con abrazaderas alrededor de la superficie exterior del termosifón. Para, el registro de temperatura del aire después de haber pasado por el termosifón, se colocaron 5 termopares tipo K dentro de un tubo de 4 mm de diámetro en forma de L; el cual se desliza a todo lo alto del túnel. Esto permite la lectura de la temperatura del aire en lo alto y ancho del túnel de viento (ver Figura 3.10).
vista lateral vista frontal vista superior
Fig. -3.10.-Esquema de la ubicación del termosifón y de los termopares en el túnel de viento
La calibración de todos los termopares se hizo con un calibrador marca Heise mod. PTE-1 2H. Todos los termopares son conectados a un lector de termopares marca Cole Parmer, mod. 92000- 00 de 12 canales con una capacidad de 0.1°C y tasa de lectura de 4 segundos, el cual a su vez fue conectado a una computadora personal.
Para determinar la velocidad del aire en el túnel de viento se utilizó un termoanemómetro digital marca Dwyer mod. Series 471 con una resolución de 0.1 °C y 0.1 m/s respectivamente.
3.4.2 Prueba experimental
44
Para obtener la temperatura en la superficie exterior del termosifón, la prueba se inició suministrando una cierta potencia a la resistencia eléctrica y fijando la velocidad del aire. Se espero a que se estabilizará el funcionamiento del termosifón, esto es que las lecturas de temperatura en la superficie exterior del evaporador no se incrementen continuamente (±0.5°C
por lapso de 5 minutos). Una vez que no se presentó esta variación de temperatura en la superficie del termosifón, se comenzó con la lectura de temperaturas manteniendo la carga térmica y la velocidad del aire fijas durante 10 minutos, que fue el tiempo de registro de temperaturas. Una vez que se concluyeron las tres pruebas con las diferentes cargas térmicas, se retiró el termosifón del túnel de viento y se removieron los termopares.
Para la toma de lecturas de temperaturas del aire de enfriamiento después del termosifón, se colocó el termosifón ya sin termopares en su superficie. La prueba se inició suministrando una cierta potencia a la resistencia eléctrica y fijando la velocidad del aire. Se esperó a que se estabilizara el funcionamiento del termosifón y hasta entonces se comenzó con la toma de lecturas de temperatura. Se empezó ubicando el dispositivo que contiene los termopares en siete posiciones distintas a lo alto del túnel, permaneciendo por un lapso de 1 minuto en cada posición. Las ultimas 10 lecturas en cada posición sirvieron para obtener un promedio de la temperatura del aire al pasar a través de la sección del condensador del termosifón. Al finalizar el barrido de temperaturas se cambió a otra velocidad del aire, manteniendo fijo el suministro de calor, hasta que se concluyeron las pruebas con las dos diferentes velocidades de enfriamiento. Después de esto se incrementó el suministro de calor y se repitió la prueba, así sucesivamente para cada valor del suministro de calor.
La potencia eléctrica inicial se evaluó con los resultados de la medición del voltaje y la corriente (ecuación 3.2). El calor transportado se determinó midiendo la temperatura del aire antes y después de pasar por el termosifón y calculando el gasto másico. Este último se determinó con los resultados de la medición de la velocidad del aire, y la presión barométrica y temperatura ambiente con ayuda de una estación meteorológica. A partir de estos últimos se calculó la densidad del aire en la entrada al túnel y con el área del túnel de viento se obtuvo el flujo másico. Las pérdidas de calor se estimaron a partir de conocer la temperatura de la superficie de la pared del evaporador y la temperatura ambiente considerando que se trata de convección natural en la zona del evaporador. A partir de la siguiente relación:
=0.59 ( 0.25 (3.1)
El número de = y este se obtiene con la relación siguiente:
= − ∞
3
(3.2)
Las propiedades físicas del aire se obtienen con la temperatura de la pared de la lámina de la envoltura del evaporador y la temperatura ambiente.
= 0.5 , + (3.3)
45 = (3.4)
Siendo D el diámetro exterior de la lámina que cubre al aislante térmico y resistencia eléctrica. El calor disipado hacia el medio ambiente en la zona del evaporador se obtiene a partir de la ecuación (1.2)
= − ∞ (1.2)
Las pérdidas de calor se le restan al calor suministrado para obtener el calor suministrado al evaporador.
El calor suministrado a la sección del evaporador se calcula empleando la siguiente relación:
= − é (3.5)
Donde el término IV es la potencia eléctrica en W
Por otro lado, el calor absorbido por el aire de enfriamiento en la zona del condensador se obtiene por medio de la siguiente relación:
= ∆ (3.6)
Donde
= (3.7) u es la velocidad promedio en la sección de pruebas en el túnel de viento
L es el ancho en la sección de pruebas en el túnel de viento H es la altura en la sección de pruebas en el túnel de viento
En este capítulo se describieron las instalaciones, las pruebas experimentales y el procedimiento para llevar a cabo cada una de ellas. En la primera prueba se encontró el intervalo de valores de la concentración de inhibidor que es capaz de prevenir el deterioro en piezas hechas del mismo material de los termosifones bajo condiciones ambientales. Este dato se utilizó en la segunda prueba llamada de isotermicidad que sirvió para encontrar la concentración de inhibidor que evita la corrosión en los tubos termosifones después de operar durante largos periodos de tiempo. Por último se sometieron los termosifones a diferentes regímenes de operación para comparar su funcionamiento con el fluido de trabajo agua bidestilada+inhibidor. En el próximo capítulo se analizaran los resultados obtenidos.
46
CAPÍTULO IV
En este capítulo, se presenta el análisis de los resultados obteniéndose la cantidad de aditivo que hay que agregar al fluido de trabajo para el caso de estudio.
47
4.1 Análisis del efecto de la concentración de inhibidor bajo condiciones de temperatura y