Si nos ha entusiasmado por ejemplo la idea de un reactor artesanal a partir de un depósito vacio como este balde de lubricantes por ejemplo:
Podemos instalarle un calentador de inmersión y asegurarlo con masilla epóxica como se muestra en las figuras siguientes pero los riesgos de accidentes son altísimos. Una precaución básica por ejemplo es la de tener siempre sumergido el calentador en el aceite.
Si se opta por un diseño formal (tanques de acero inoxidable), hemos de instalar el calentador o la resistencia convenientemente, de modo que haya aislamiento térmico y eléctrico para evitar accidentes y reducir pérdidas. Aquí puede verse el modelo ideal de instalación para una resistencia, según su fabricante:
Y aquí puede verse la forma correcta como ha de instalarse un calentador de inmersión, también según especificaciones de catálogo.
¿COMO CALCULAR LA POTENCIA DEL CALENTADOR?
La energía específica por mol se calcula mediante la primera ley de la termodinámica:
Donde A = 132,145; B = 8,6007 (E-1); C = 1,9745(E-3) ; D = 1,8068 (E-6)
Integrando la expresión dentro de los límites de temperatura dados tenemos:
∆Ĥ = 7875,18 Joule/mol,
y dado que para la glicerina M = 92,095 g / mol , dividiendo lo primero entre esta última cantidad obtenemos:
∆H = 85,5115 J/gr.
La densidad de un líquido, a una temperatura T se calcula (en gr/ml) mediante la expresión:
Donde A = 0,34908; B = 0,24902 ; T = 323 K(50°C); Tc (temperatura crítica)= 723 K
Remplazando nuestros datos en la expresión indicada ρ = 1,242 gr/ml = 1242 gr/lt
Luego tendremos:
Energía requerida = (85,5115 J/g)(1242 g/l) = 106205,283 J/Lt.
Luego, para un barril de 50 Lts. se requieren: E = 5310264,15 J.
Se sabe que P(potencia en Watts) = Joule/segundo, entonces: segundos = Joule / watts
De este modo, si usamos un calentador de 1000 W para 50 litros emplearemos:
t = 5310264,15 J/ 1000 W = 5310,26415 segundos ≈ 1,48 hrs.
El consumo de energía eléctrica será de 1000W x 1,48 hrs = 1 Kw x 1,48 hr. = 1,4751 Kw-hr.
Si usamos un calentador de 4000 W, para esos mismos 50 litros:
t = 5310264,15 J/ 4000 W = 1327,6 segundos ≈ 0,3688 hrs ≈ 22 minutos.
El consumo de energía eléctrica 4Kw x 0,3688 hrs = 1,4752 Kw – hr
Como puede observarse, un calentador eléctrico de mayor potencia, no implica un consumo mayor de energía eléctrica, y para mejor, el tiempo de calentamiento se reduce.
Si se desea hacer cálculos de manera más práctica (incluyendo las pérdidas) podemos recorrer a las siguientes expresiones (en unidades inglesas)
1. Energia de calentamiento (BTU) = Peso de líquido a calentar (lbs) × el calor específico del líquido(Cp) × el cambio de temperatura (°F) dividido por 3412 (BtuH/kW). Previamente divida el resultado por el tiempo de calentamiento (hr).
2. Pérdidas de la superficie del tanque = área de la Superficie del tanque (pies cuadrados) × factor de pérdida (BtuH/sq ft/F) × el cambio de temperatura (°F) dividido por 3412 (BtuH/kW). Duplicar esta pérdida debido a la agitación.
3. Agregados nuevos al tanque = Peso de Líquidos o sustancias agregados cada hora (lb) × el calor específico de la sustancia agregada (Cp) × la diferencia de temperatura de la solución agregada para bajar la temperatura (F) dividido por 3412 (BtuH/kW).
4. Pérdidas en las paredes laterales = área externa del tanque (en pies cuadrados)× el factor de pérdida de pared lateral [BtuH/sq/ ft/F] × el cambio de temperatura (°F) dividido por 3412 [BtuH/kW]).
(Si se observa detalladamente nos estamos basando en las ecuaciones de Calor y la ley de Fourier)
El coeficiente de pérdidas se calcula dividiendo el coeficiente de conductividad del material del tanque (Acero inoxidable = 26 BTU/hr pie °F) por el espesor del tanque (en pies).
La suma de las potencias (ya en Kw) de calentamiento (1 + 2) y las de operación (3 + 4 ) se comparan, y se elegirá la mayor como potencia de diseño para el calentador.
AHORRO DE ENERGIA EN EL SISTEMA DE CALENTAMIENTO:
¿Es necesario tener encendido el calentador durante todo el tiempo de trabajo?, verdaderamente no lo es. Lo que se necesita es mantener una temperatura uniforme (50°C) y mantener dicha temperatura durante el proceso, y dado que disponemos de termómetros para estar controlando la temperatura en el reactor, lo ideal sería encender el calentador sólo para elevar la temperatura y cuando ésta empiece a descender hasta un nivel mínimo aceptable, manteniéndolo apagado el resto del tiempo. He aquí entonces una alternativa racional de ahorro de energía eléctrica, se trata de un circuito electrónico experimental que “enciende y apaga automáticamente” a nuestro calentador porque está dotado de un sensor de temperatura y puede funcionar con fuente (rectificador conectado al sistema eléctrico de todo el equipo) o batería de 12 V. Veamos el circuito (si el esquema no está muy visible, escríbeme para enviártelo):
Este circuito está basado en un amplificador operacional (tipo CA741) que puede ser reemplazado por un LF356 (Es el CI-1) para tener mayor estabilidad.
Como elemento sensor de temperatura utiliza un diodo tipo LM335. El potenciómetro P1 nos ayudará a calibrar la temperatura mínima de referencia y el LED D2 nos informará que el circuito está funcionando.
Esta es la lista completa de componentes:
CI-1 LF 386 – Amplificador operacional con entradas FET
CI-2 CD4093BP – Integrado CMOS
Q1 y Q3 – BC548 – Transistor NPN de uso general.
Q2 – BC558 – Transistor PNP de uso general.
D1 – LM335 – Diodo sensor de temperatura.
D2 – Diodo LED de 5mm color verde.
D3 – Diodo 1N4148 Diodo de uso general.
P1 – Potenciómetro de 5 K Ohm
R1 – 10 K Ohm
R2 – 29 K Ohm
R3 – 12 K Ohm
R4 – 10 K Ohm
R5 – 10 K Ohm a 3,3 M Ohm (a experimentar)
R6 – 1 K Ohm
R7 – 4,7 M Ohm.
R8 – 10 K Ohm
R9 – 10 K Ohm
R10 – 1 K Ohm
R11 – 3K3 Ohm
C1 – 470 nF - Cerámico x 50 V
C2 – 330 nF - Cerámico x 50 V
Relé de 12 V para circuitos impresos.
Con esto doy por concluido el presente artículo, gracias nuevamente por la atención brindada. Toda crítica bien intencionada o sugerencia es, como siempre, bienvenida.. Nos vemos el mes siguiente con los “mecanismos de agitación”.
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