8BCB581E0C5DA4AA7BFFE12F82B64BF3 TECNOYMOVIL.COM: desalinizador

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Equipo desalinizador solar 2

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La ecuación de conservación de energía, que relaciona la variación de energía interna con los flujos de calor
que entran y salen, aplicada al agua [2] y [3], en la bandeja de doble fondo y en la bandeja 1, para el acero
inoxidable y el agua contenida en ella, se muestran a continuación:
Definición de flujos de energía en el desalinizador



Qe : Calor por evaporación entre el agua y la placa inferior exterior
Qc : Calor por convección entre el agua y la placa inferior exterior
Qr : Calor por radiación térmica entre el agua y la placa inferior exterior
Qcolector : Calor debido al colector solar
Qss : Calor sensible del destilado
Qse : Calor sensible del agua de alimentación



donde,
Cpw : Calor específico del agua
Cpt : Calor específico del acero inoxidable
mw : Masa de agua en la bandeja de doble fondo
mt : Masa del acero inoxidable en intercambio térmico y agua contenida en la bandeja
Tw : Temperatura del agua en la bandeja
Tt : Temperatura de la bandeja

Donde las ecuaciónes son:


El subíndice t indica lo relativo a la bandeja en la superficie de acero inoxidable.
Estas mismas ecuaciones aplicadas a cada una de las etapas, con la precaución de considerar solamente los flujos de calor involucrados en cada una de ellas, nos entrega el modelo matemático para el nuevo
desalinizador de múltiples etapas. Este análisis nos permite determinar la temperatura del agua en la bandeja de doble fondo, la cual depende de la
temperatura de la bandeja 1. Al aplicar el análisis a la segunda etapa, es decir, entre la bandeja 1 y la bandeja 2, se puede determinar la temperatura de la bandeja 1 la cual a su vez depende de la temperatura de la bandeja 3.
El análisis se aplica a cada una de las etapas en forma sucesiva, existiendo siempre una dependencia de las temperaturas.
Para determinar la temperatura de la bandeja de doble fondo, el modelo determina la temperatura de la última bandeja luego la temperatura de la penúltima y así sucesivamente hasta llegar en definitiva a la temperatura
deseada.
Para el análisis de la energía que fluye a través del techo se considera la energía que proporciona la bandeja 5 y la convección exterior del equipo. La bandeja 5 debe mantener una temperatura más baja que todo el sistema. Por eso no se debe usar aislamiento en techo.



ECUACIONES DE TRANSFERENCIA DE CALOR



Ecuaciones para el calor por evaporación



La transferencia de calor por evaporación es una
transferencia de calor asociada a la transferencia de masa, es decir, a la evaporación y condensación del agua. Existen varias formas para determinar el calor por evaporación , dependiendo de las condiciones que se presenten. Como por ejemplo la forma Newtoniana, Kumar y Tiwari (1996), O. Headley (1977). Para el análisis del modelo se han considerado todas estas formas, y la que ha presentado el mejor comportamiento es la de E. Sartori (1996), que es la que a continuación se enuncia.



Coeficientes de transferencia de calor por evaporación
El coeficiente de transferencia de calor por evaporación puede ser determinado por la expresión:




Donde Qe es el calor por evaporación y se determina usando la expresión desarrollada por Kumar y Tiwari (1996)


Muchas expresiones usadas en la determinación de los coeficientes de transferencia por evaporación están limitadas en cuanto a la temperatura de trabajo comoson las expresiones propuestas por Malik (1982), esto
es, válidas sólo hasta aproximadamente los 90 °C. Las expresiones aquí presentadas no tienen esa restricción.

Equipo desalinizador solar 1

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El Desalinizador de Múltiples Efectos propuesto es un desarrollo relativamente nuevo en el área de la destilación solar con recuperación de calorespecialmente en Chile. Éste trabaja con varias bandejas ubicadas una sobre otra y utilizan el calor de condensación de cada etapa para el paso siguiente. El calor o energía de entrada es llevado a través de un colector solar al equipo de desalinización. Es Posible el uso de otras fuentes de energía.
El colector solar es un equipo que trabaja con un fluido térmico (mezcla de agua destilada-etilenglicol) capaz de conseguir temperaturas superiores a los 100 ºC,. Este fluido se hace circular por el interior de la bandeja de doble fondo ubicada en la parte inferior del equipo desalinizador. Se realiza pues un intercambio de calor entre el fluido térmico y el agua de mar. La separación entre los fluidos es una placa de acero inoxidable de 1
mm de espesor.
A través de la entrada de calor, el agua salada recibe en la etapa más baja aproximadamente 90 - 95 ºC, se calienta y evapora (convección libre del aire húmedo).
El vapor en el ascenso del aire húmedo se condensa en la parte inferior de la próxima etapa del desalinizador. El condensado se desliza, ayudado por la fuerza de gravedad, a través de la inclinación de la pared del condensador, se recoge y se lleva a través de canaletas.
Estas canaletas, debido también a su inclinación, permiten la salida del agua al exterior del destilador a través de un conducto conectado a un depósito de condensado.
El agua salada es ingresada desde arriba hacia abajo en forma descendente, contraria al flujo de calor proporcionado, mediante un estanque en la parte
superior. El estanque tiene un sistema de control de nivel conectado a la bandeja de doble fondo. Aquí se controla la entrada de agua de mar, es decir, si el nivel de agua de la bandeja de doble fondo baja un cierto
rango establecido, entonces se acciona el sistema de control del estanque permitiendo el ingreso del agua de mar hacia la bandeja superior. De la misma forma, si el nivel de agua sobrepasa este rango, entonces se cierra el paso del agua.
A través de la condensación se libera la entalpía de vaporización [1] que se entrega a la etapa que está encima y calienta el agua salada contenida en esa etapa.
Eso lleva de nuevo a la evaporación y condensación de la etapa que está mas arriba. Esto se repite hasta llegar a la última etapa.
Componentes del sistema
El nuevo desalinizador de múltiples efectos consta de una estructura de madera, aislada térmicamente del medio exterior. Está revestida, en su interior, con una cubierta de acero inoxidable AISI 316L de espesor de 1
mm. En su interior se encuentran las bandejas principales que son también de acero inoxidable 316L de espesor de 1 mm. En ellas se encuentra la canaleta principal con una pequeña inclinación para colectar el condensado desde la superficie inclinada de la bandeja superior. En cada una de las bandejas existe una entrada del agua de alimentación así como una salida para el condensado a través de un tubo conectado a la canaleta principal. La capacidad de cada bandeja principal es de 0,035 m3 y la de doble fondo de 0,030 m3. Las dimensiones generales del destilador de múltiples efectos son de 882x882x1400 (mm3).
En el fondo del sistema se encuentra la bandeja de doble fondo, recipiente que contiene el agua de mar y fluido térmico proveniente del colector solar, denominado Wärmetausche (WT), caja térmica. La bandeja de doble fondo está diseñada para incorporar un sistema de colector solar, sin embargo es posible adaptar otro tipo de fuente de calor. El esquema propuesto muestra la forma del nuevo destilador de múltiples etapas.

Formas de Energía
El comportamiento global del destilador de múltiples efectos puede ser descrito por medio de las ecuaciones de conservación de energía y por las relaciones de los diferentes mecanismos de transferencia de calor [11],
como son la Conducción, la Convección y la Radiación, además de las relaciones de Transferencia de masa.
Los flujos de energía involucrados son variados y se pueden apreciar en la Fig. 1. Existen flujos energéticos que son de mayor importancia relativa respecto a otros.
Como por ejemplo el flujo de calor por evaporación es uno de los más relevantes en este estudio y el flujo de calor debido a las fugas de vapor hacia las etapas siguientes son prácticamente despreciable.
En cada una de las bandejas se pueden apreciar tres flujos de calor que son los debido a Evaporación,Convección y Radiación. Estos flujos de calor son los de entrada a la bandeja superior en cada etapa. En la bandeja de doble fondo el flujo de calor es el proveniente del colector solar. Se han considerado también los flujos de calor sensible del fluido de entrada, agua de mar, así como el de salida, agua desalinizada. En el lado derecho de la Fig. 1 se pueden apreciar los flujos de calor correspondiente a las fugas de calor por conducción a través de las paredes del equipo. Otra consideración en este análisis es el flujo de energía, a través de flujo de vapor, que puede pasar desde una bandeja a la otra por problemas de sello en cada etapa.
Basados en este análisis se puede entonces realizar un balance de energía y establecer la ecuaciones correspondientes para la modelación del sistema
desalinizador.
El subíndice DF corresponde a la bandeja de doble fondo y los subíndices 1 al 5 corresponden a las bandejas 1 al 5.

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