Transferencia de Calor en Biorreactores

TRANSFERENCIA DE CALOR EN BIORREACTORES LAS CAMISAS En algunos motores esos cilindros están construidos por una “camisa” que es, simplemente, un tubo de acer acero o en el bloc blockk del del mot motor y que que posi posibi bililitta la refrigeración por medio del líquido refrigerante en su vuelta. Son relativamente fáciles de sustituir, en caso de desgaste.

Tipos de camisas montan en el cilind cilindro, ro, en Camisas Camisas Secas: se montan el mismo material que el del block, de forma prensada de manera que no tenga contacto con con el líqu líquiido ref refrige rigera rant nte. e. ! ent entra en contacto con el líquido.

Una camisa seca no bien ajustada al block creara una barrera t"rmica que mantendrá el calor dentro de la camisa lo que provocará provocará un aumento aumento de la temperatura temperatura lo que puede ocasionar ocasionar rayaduras en la pared del cilindro, el pistón o los aros. #na camisa seca demasiado a$ustada comprime el material de la camisa con lo cual se contrae y pierde el a$uste de interferencia y puede crear un %ueco entre la camisa y el cilindro del block.

Camisa !meda: Está rodeada de líquido refrigerante que mo$a la parte e&terna de la camisa con lo cual se elimina el problema de la transferencia del calor, para ello es necesario un sello en la parte superior que evite ingresar al líquido dentro del cilindro y otro sello inferior para que el líquido no llegue al

carter.

El espesor de la camisa %'meda es muc%o mayor que el de la camisa seca y ese mayor grosor especial es necesario porque la camisa %'meda no tiene apoyo en el cilindro en toda su longitud.

"De #u$ est%n ecas& En la mayoría de los casos las camisas se %acen de fundición ácido(resistente de alta aleación con estructura austenítica, a veces se %acen de acero )*+-!. El desgaste de las camisas, que depende de la dure/a de la superficie del espe$o del cilindro, aumenta al disminuir la dure/a. sí, por e$emplo, las camisas cuya dure/a es 01 -23 4 -53 se desgastan 6 veces antes que las que tienen la dure/a 01 663 4 673 8siendo la dure/a de los segmentos de los "mbolos 01 6)3 (6539. :ara elevar su resistencia, el espe$o de los cilindros se recubre de una capa delgada de cromo poroso 8de 3,37 (3,3* mm de espesor9. ;uando el diámetro del cilindro no es mayor de 673 mm el recubrimiento antedic%o es seguro.

Dimensiones de 'as camisas El espesor de las paredes de las camisas secas se %ace igual a ) 4 7 mm, y el de las %'medas se determina por la correlación S< 83,35 4 3,-39 =, teniendo en cuenta la posibilidad de fresar las camisas al %acer la reparación. El espesor de la pared de la camisa en las secciones de las ranuras de empaquetamiento no debe ser menor de 7 mm, y en las secciones de los resaltes anulares guiadores, 6 () mm mayor que el espesor mínimo.

Modos de aumenta( 'a du(abi'idad >a duración de las camisas se puede aumentar de los modos siguientes? -. @nstalando

un termóstato en

el

sistema de refrigeración, en cuyo caso el desgaste de la camisa disminuye en 6 veces por t"rmino medio. 6. #tili/ando ventilación en el cárter para desalo$ar los gases que llegan a "l desde los cilindros. ). Empleando filtros de papel de depuración fina. 2. =epurando el aire en dos etapas. 7. ;olocando delante del radiador persianas mandadas por un termóstato independiente.

SER)ENTIN *ELICOIDAL

Serpentines #n intercambiador de serpentín es un simple tubo que se dobla en forma %elicoidal y se sumerge en el líquido. Se usa normalmente para tanques y puede operar por convección natural o for/ada. =ebido a su ba$o costo y rApida construcción se improvisa fácilmente con materiales abundantes en cualquier  taller de mantenimiento. #sualmente se emplea tubería lisa de B a 6 pulgadas.

>a figura )(-6 a , nos muestra la disposición de un recipiente provisto de serpentín, el cual se construye doblando en forma %elicoidal tuberías de cobre, o de acero o de aleaciones para conformar lo que se denomina espiral simple o espiral plana 8figura )(-6 1 9 de uso en tanques o recipientes cilíndricos. El serpentín es uno de los medios más baratos y eficientes para obtener  superficies de transferencia de calor. En un serpentín ocurre una mayor turbulencia que en tubería recta, esto causa aumentos en los coeficientes de película interna. Carios autores %an determinado que para líquidos o fluidos comunes puede emplearse la ecuación?

0si < %i8- D ).7=F=%G9

o se precisan correcciones más e&actas, má&ime que por los serpentines fluye generalmente vapor o agua. :ara las determinaciones de los coeficientes e&teriores de los fluidos debe tenerse presente si e&iste o no agitación mecánica dentro del recipiente y si es proceso continuo o de coc%ada.

;uando no e&iste agitación mecánica, la transferencia de calor se %ace mediante el fenómeno de convección libre. En el serpentín de espiral simple o %elicoidal, la eficiencia de transferencia es muy ba$a, ya que el líquido calentado se eleva verticalmente perdi"ndose el efecto de los espirales superiores, por tal ra/ón cuando no e&iste agitación mecánica se deben emplear espirales planas.

SER)ENTIN E+TERNO •

 Hrea disponible para trasmisión de calor menor 

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Suficiente Hrea en sistemas escala a laboratorio

CAMBIADORES DE CALOR DE TUBOS CONC,NTRICOS >os intercambiadores de calor de tubos conc"ntricos o doble tubo son los más sencillos que e&isten. Están constituidos por dos tubos conc"ntricos de diámetros diferentes. #no de los fluidos fluye por el interior del tubo de menor diámetro y el otro fluido fluye por el espacio anular entre los dos tubos. •

=iseIo más sencillo.

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6 tuberías metálicas, una dentro de la otra.

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:ueden e&tenderse a varios pasos dispuestos en un %a/ de tubos verticales.

0ay dos posibles configuraciones en cuanto a la dirección de los fluidos? a contracorriente y en paralelo.  contracorriente los dos fluidos entran por los e&tremos opuestos y fluyen en sentidos opuestosJ en cambio en paralelo entran por el mismo e&tremo y fluyen en el mismo sentido.  continuación se pueden ver dos imágenes con las dos posibles configuraciones de los fluidos dentro de los tubos. >os intercambiadores de calor de tubos conc"ntricos o doble tubo pueden ser lisos o aleteados. Se utili/an tubos aleteados cuando el coeficiente de transferencia de calor de uno de los fluidos es muc%o menor que el otro. ;omo resultado el área e&terior se amplia, siendo "sta más grande que el área interior. #na aplicación de un intercambiador de doble tubo es el que se utili/a para enfriar  o calentar una solución de un tanque encamisado y con serpentín

CAMBIADORES DE CALOR DE CARCASA - TUBOS >os intercambiadores del tipo de cora/a y tubo 8como el mostrado en la figura K )9 constituyen la parte más importantes de los equipos de transferencia de calor sin combustión en las plantas de procesos químicos. 8aun cuando se está %aciendo cada ve/ mayor %incapi" en otros diseIos9.

FIGURA # 3  Intercambiadores

de Casco y Tubo

Leneral, el intercambiador cora/a 8carca/a9 y tubo, consiste en una serie de tubos lineales colocados dentro de un tubo muy grande llamado cora/a 8como se aprecia en la figura anterior9 y representan la alternativa a la necesidad de una gran transferencia de calor.

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 Hrea de transmisión de calor debe ser más de -3 (-7 m 6

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Lrandes áreas de intercambio en un volumen pequeIo.

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>ongitud de los tubos determinan el área de transmisión.

DEFINIR LOS MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR CONDUCCI.N >a conducción es la transferencia de calor a trav"s de un material fi$o. >a dirección del flu$o de calor será a ángulos rectos al cuerpo, si las superficies del material son isot"rmicas y el cuerpo es %omog"neo e isotrópico.

CON/ECCI.N0 >a convección es la transferencia de calor entre partículas relativamente calientes y frías de un fluido por medio de me/cla, "ste mecanismo se debe al movimiento del fluido. El fluido frío adyacente a superficies calientes recibe el calor que luego transfiere al resto del fluido frío me/clándose con "l. >a convección libre o natural

ocurre cuando el movimiento del fluido no se complementa por agitación mecánica. :ero cuando el fluido se agita mecánicamente, el calor se transfiere por  convección for/ada.

RADIACI.N0 >a radiación involucra la transferencia de energía radiante desde una fuente a un recibidor. ;uando la radiación se emite desde una fuente a un recibidor, parte de la energía se absorbe por el recibidor y parte es refle$ada por "l. >a transferencia de calor radiante no requiere de la intervención de un medio, y el calor puede ser  transmitido por radiación a trav"s del vacío absoluto