ES2338424T3 - Procedimiento para calentar o enfriar un medio fluido. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para calentar o enfriar un medio fluido, que comprende la alimentación del medio fluido a enfriar o calentar hacia un canal de flujo y el calentamiento o enfriamiento consecutivo del medio fluido dentro del canal de flujo en al menos dos etapas, estando el canal de flujo dividido en etapas de enfriamiento o calentamiento de la misma longitud y caracterizándose dicho procedimiento porque se eleva, en el caso del calentamiento, o se reduce, en el caso del enfriamiento, la temperatura de cada etapa, con brusquedad y en forma directamente proporcional al número de etapas, en la dirección de la primera etapa a la siguiente, alimentándose el medio fluido a enfriar o calentar hacia el canal de flujo en dirección tangencial bajo un ángulo de 45º a 90º con la línea generatriz de la superficie interior de dicho canal de flujo en el lugar de entrada del medio fluido.
Description
Procedimiento para calentar o enfriar un medio
fluido.
La invención concierne al campo de la
termotecnia, especialmente a equipos para alimentar medios líquidos
o gaseosos, calentados o enfriados, a consumidores, por ejemplo en
sistemas de calefacción, ventilación o climatización de locales de
producción y estancias.
Se conoce un procedimiento para calentar y
enfriar aire por medio de una instalación de climatización del aire
en una cabina de vehículo (véase el Certificado de Autor de la URSS
No. 688351, 30.09.1979), que presenta un generador termoeléctrico
conectado a una fuente de corriente continua, sistemas de
ventilación filtrada y sistemas de líquido de evacuación de calor
que están unidos con placas de radiación-convección
que están dirigidas con las superficies de radiación hacia la zona
de estancia del conductor del vehículo, teniendo las placas, en el
lado opuesto, un contacto térmico con baterías termoeléctricas,
estando estas placas formadas con canales de aire interiores y
unidas con colectores que están provistos de grifos de salida. En
esta instalación se organiza el trabajo en los modos de
funcionamiento de ventilación, enfriamiento o calentamiento por
radiación, enfriamiento o calentamiento por eyección y enfriamiento
o calentamiento por radiación-convección, con la
posibilidad de utilizar aire enfriado especialmente por debajo del
punto de rocío para la evacuación parcial de calor de los sitios de
soldadura calientes de las baterías termoeléctricas, lo que permite
mejorar la efectividad del acondicionamiento del aire y, en caso de
entradas importantes de calor en la cabina, asegurar condiciones de
confort en dicha cabina por la aplicación de una acción compleja
sobre el medio de la zona de trabajo.
No obstante, el procedimiento descrito
anteriormente para calentar y enfriar aire tiene una efectividad
energética relativamente baja junto con un consumo elevado de
energía para el acondicionamiento de aire, lo que limita la
utilización de una instalación que materialice este procedimiento de
trabajo como instalación de climatización para un vehículo.
Un procedimiento que viene a quedar muy próximo
a la esencia técnica y al resultado conseguido según la invención
es un procedimiento para calentar o enfriar un medio fluido, que
comprende la alimentación del medio fluido a enfriar o calentar
hacia un canal de flujo y el calentamiento o enfriamiento
consecutivo del medio fluido dentro del canal de flujo en al menos
dos etapas (véase la patente RU No. 2140365, Kl. F25B 29/00, del
27.10.1999).
Este procedimiento para calentar o enfriar un
medio fluido permite aumentar la efectividad del calentamiento o
enfriamiento del medio fluido a través de una acción escalonada
sobre el medio fluido. Sin embargo, con este procedimiento no puede
conseguirse tampoco una alta efectividad de transformación de
energía durante la realización del proceso de enfriamiento o
calentamiento, lo que está relacionado con la falta de un algoritmo
óptimo del proceso de calentamiento o enfriamiento del medio
fluido.
El documento EP-0394758 describe
un procedimiento según el preámbulo de la reivindicación 1.
La presente invención se dirige al aumento de la
efectividad de los procesos de calentamiento o enfriamiento de un
medio fluido, con un mínimo consumo de potencia eléctrica,
utilizando dos y más generadores de etapas de frío o de calor.
El procedimiento desarrollado para calentar o
enfriar un medio fluido comprende la alimentación del medio fluido
a enfriar o calentar hacia un canal de flujo y el calentamiento o
enfriamiento consecutivo del medio fluido dentro del canal de flujo
en al menos dos etapas, en donde el canal de flujo está dividido en
etapas de enfriamiento o calentamiento de la misma longitud y en
donde se eleva, en el caso del calentamiento, o se reduce, en el
caso del enfriamiento, la temperatura de cada etapa, con brusquedad
y en forma directamente proporcional, en la dirección de la primera
etapa a la siguiente, alimentándose el medio fluido a enfriar o
calentar hacia el canal de flujo en dirección tangencial bajo un
ángulo de 45º a 90º con la línea generatriz de la superficie
interior de dicho canal de flujo en el lugar de entrada del medio
fluido.
La observación del funcionamiento de
dispositivos de diferentes clases para calentar o enfriar un medio
fluido ha demostrado que la organización del proceso de interacción
entre los medios fluidos a enfriar y calentar juega un papel
esencial para la efectividad de los procesos de intercambio de
calor. Una organización razonable del proceso de intercambio de
calor hace posible que se mejoren los datos de masa y dimensión de
instalaciones para calentar y enfriar un medio fluido, así como que
se reduzca el consumo de energía. La organización de etapas de la
misma longitud para calentar y enfriar el medio fluido, junto con
una variación brusca y directamente proporcional de la temperatura
de las etapas de calentamiento o enfriamiento, hace posible mantener
una diferencia de temperatura aproximadamente igual a lo largo del
canal entre la fuente de calentamiento o de enfriamiento y el medio
fluido, lo que, en las condiciones de turbulencia de circulación del
medio fluido debido a su rotación a la entrada en el canal de
flujo, permite igualar la temperatura del medio fluido junto con su
calentamiento o enfriamiento uniforme y consecutivo en toda la
sección transversal.
En la figura 1 se representa una sección
longitudinal de una de las variantes de una instalación en la que
se materializa el procedimiento descrito para calentar o enfriar un
medio fluido; y en la figura 2 se representa la sección
A-A de la figura 1.
La instalación para calentar o enfriar un medio
fluido presenta un canal de flujo 1 a lo largo del cual están
formadas unas etapas 2 de la misma longitud para enfriar o calentar
el medio fluido (gas o líquido) que circula por el canal. Las
etapas 2 citadas anteriormente pueden estar configuradas en forma de
una carcasa que abraza al canal de flujo y que define, juntamente
con la pared exterior del canal de flujo 1, una cavidad a la que se
alimenta un portador de calor (agente calefactor o refrigerante), o
en forma de unas baterías termoeléctricas dispuestas, por ejemplo,
en la superficie exterior del canal de flujo 1, estando conectadas
las baterías termoeléctricas a una fuente de alimentación de tal
modo que se formen etapas de la misma longitud a las que se aplique
una tensión creciente de etapa a etapa en forma directamente
proporcional y brusca. Se alimenta a la carcasa antes citada un
portador de calor (agente calefactor o refrigerante, por ejemplo
alcohol, freón o amoniaco líquido) cuya temperatura aumente o
disminuya de etapa a etapa en forma brusca y directamente
proporcional. Por ejemplo, es posible introducir en la carcasa un
portador de calor o (para el caso con las baterías termoeléctricas)
se puede generar una temperatura de 14ºC en la primera etapa, de
28ºC en la segunda etapa y de 42ºC en la tercera etapa.
Un portador de calor con la temperatura
necesaria puede ser obtenido y alimentado con ayuda de una máquina
frigorífica de compresión. Esta máquina frigorífica de compresión
puede utilizarse tanto para calentar el medio fluido como para
enfriarlo. Las carcasas que forman cavidades alrededor del canal de
flujo 1 juegan aquí, en un caso, el papel del condensador y, en el
otro caso, el papel del evaporador de la máquina frigorífica de
compresión. El medio fluido se introduce tangencialmente en el canal
de flujo 1 a través de un trozo de tubo o una boquilla 3
(preferiblemente a través de esta última). En este caso, el trozo de
tubo o la boquilla 3 están dispuestos bajo un ángulo \alpha de
45º a 90º con la línea generatriz de la superficie interior del
canal de flujo 1 en el lugar de entrada del medio fluido.
El procedimiento para calentar o enfriar un
medio fluido se materializa de la manera siguiente. En el canal de
flujo 1 se introduce el medio fluido a enfriar o calentar a través
de un trozo de tubo o una boquilla 3. Dentro del canal de flujo 1
se realiza un calentamiento o enfriamiento consecutivo del medio
fluido en al menos dos etapas 2. La temperatura de cada etapa 2
aumenta (en la dirección de la primera etapa a la siguiente etapa)
de forma brusca y directamente proporcional en el caso del
calentamiento o bien disminuye del mismo modo en el caso del
enfriamiento. Como resultado, se realiza un calentamiento o
enfriamiento consecutivo del medio fluido en el canal de flujo
1.
En caso de utilización de baterías
termoeléctricas, estas últimas están conectadas a una fuente de
corriente continua por medio de un pupitre de control que permite
variar la polaridad de la tensión aplicada a las baterías
termoeléctricas, lo que hace posible variar el modo de trabajo de
las baterías, concretamente calentar o enfriar el medio fluido en
el canal de flujo 1. Eventualmente, es posible, cuando sea
necesario, construir las etapas de calentamiento o enfriamiento
como etapas de enfriamiento o calentamiento térmicamente aisladas
una de otra y separadas en el recorrido de circulación del medio
fluido. En este caso, como se ha descrito también anteriormente, se
aplica una tensión de servicio diferente a las baterías
termoeléctricas, teniendo la tensión en las baterías
termoeléctricas de la segunda etapa y de las demás etapas un valor
que, de forma directamente proporcional, es mayor que el de la
tensión en las baterías termoeléctricas de la primera etapa.
El procedimiento anteriormente descrito para
calentar o enfriar un medio fluido hace posible un enfriamiento o
calentamiento efectivo de un gas o un líquido y puede ser utilizado
en la industria, por ejemplo para el tratamiento térmico de gases
licuados en la industria petrolífera y petroquímica, para el
enfriamiento de condimentos o, por ejemplo, de una emulsión de
margarina en la industria alimentaria, así como en instalaciones de
climatización para el calentamiento o enfriamiento de aire.
Claims (1)
1. Procedimiento para calentar o enfriar un
medio fluido, que comprende la alimentación del medio fluido a
enfriar o calentar hacia un canal de flujo y el calentamiento o
enfriamiento consecutivo del medio fluido dentro del canal de flujo
en al menos dos etapas, estando el canal de flujo dividido en etapas
de enfriamiento o calentamiento de la misma longitud y
caracterizándose dicho procedimiento porque se eleva, en el
caso del calentamiento, o se reduce, en el caso del enfriamiento,
la temperatura de cada etapa, con brusquedad y en forma
directamente proporcional al número de etapas, en la dirección de la
primera etapa a la siguiente, alimentándose el medio fluido a
enfriar o calentar hacia el canal de flujo en dirección tangencial
bajo un ángulo de 45º a 90º con la línea generatriz de la
superficie interior de dicho canal de flujo en el lugar de entrada
del medio fluido.
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