Aparato para estudio de transferencia de calor, equipo educativo escolar, banco de trabajo para formación profesional, equipo de entrenamiento térmico
Artículo No.: SR260916SA01
SR260916SA01 Aparato para estudio de transferencia de calor, equipo educativo escolar, banco de trabajo para formación profesional, equipo de entrenamiento térmico
SR260916SA01 Aparato para estudio de transferencia de calor, equipo educativo escolar, banco de trabajo para formación profesional, equipo de entrenamiento térmicoSECCIÓN 1: ANTECEDENTES Y PROPÓSITO (DECLARACIÓN DE OBJETIVOS)
Antecedentes y necesidad operativa:
El plan de estudios del laboratorio de ingeniería requiere aparatos especializados para capacitar a los estudiantes y mejorar sus competencias prácticas en fenómenos de transporte y experimentación analítica. El Aparato de Estudio de Transferencia de Calor es indispensable para la demostración práctica y la enseñanza en laboratorio de los mecanismos fundamentales de transferencia de calor (conducción, convección, coeficientes globales de transferencia de calor y perfiles de temperatura) y sus aplicaciones prácticas en las industrias química, petroquímica, farmacéutica y alimentaria.
SECCIÓN 2: ARQUITECTURA Y CONFIGURACIÓN GENERAL DEL SISTEMA
El Aparato de Estudio de Transferencia de Calor debe ser un sistema experimental didáctico integral que comprenda dos configuraciones experimentales funcionales principales:
1. Unidad Experimental de Intercambio de Calor: Para estudiar los principios de intercambio de calor fluido-fluido, equipada con módulos intercambiables que incluyen un Intercambiador de Calor Tubular y un Intercambiador de Calor de Carcasa y Tubos, instalados/interconectados adecuadamente en una Unidad de Servicio Base/Acoplamiento específica para facilitar el análisis comparativo del rendimiento.
2. Unidad Experimental de Conducción de Calor: Para estudiar la transferencia de calor por conducción en materiales sólidos, comprende una Unidad de Conducción de Calor Lineal y una Unidad de Conducción de Calor Radial para el análisis comparativo en diferentes geometrías y secciones transversales.
SECCIÓN 3: ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DETALLADAS
3.1 Unidad Experimental de Intercambiador de Calor (1 unidad completa)
3.1.1
Unidad Base Intercambiador de Calor Baño Termocontrolado / Unidad de Servicio (Cantidad: 1 unidad)
3.1.1.1
El baño debe estar fabricado en acrílico transparente para una inspección y observación visual claras. El interior incluye una resistencia eléctrica de 2 kW, capaz de alcanzar temperaturas de hasta 80 °C, equipada con un sensor de temperatura automático.
3.1.1.2
Equipado con una bomba centrífuga para la circulación de agua entre el baño termocontrolado y los módulos del intercambiador de calor. 3.1.1.3
Equipado con instrumentación de medición de caudal que cubre el rango de 0,3 a 10 L/min, con una resolución de ajuste de caudal de 0,1 L/min.
3.1.1.4
La dirección del caudal debe ser reconfigurable/conmutable para estudiar regímenes de flujo en paralelo y en contracorriente.
3.1.1.5
Capaz de conectarse a un sistema externo de suministro de agua fría/enfriador, equipado con un dispositivo de regulación de presión de entrada y una válvula de regulación de caudal.
3.1.1.6
Equipado con sensores de temperatura que utilizan termopares tipo K y tipo T, que cubren un rango de medición de 0 a 75 °C con una resolución de 0,1 °C.
3.1.1.7
PUNTO CRÍTICO DE DISEÑO Instrumento de medición de temperatura multipropósito:
1) Equipado con una sonda de temperatura de termistor fabricada en acero inoxidable de grado S316. 2) El rango de medición abarca de -30 a 120 °C con una resolución de visualización de 0,1 °C.
3) Incorpora un indicador luminoso de estado del instrumento con 5 niveles/modos de parpadeo distintos para señalar los estados de funcionamiento y facilitar el seguimiento visual.
3.1.1.8
Capaz de conectarse a un ordenador externo mediante puerto USB o interfaz industrial equivalente para registrar, visualizar e informar datos de pruebas experimentales en tiempo real.
3.1.2
Módulo intercambiador 1: Módulo intercambiador de calor tubular (Cantidad: 1 unidad)
3.1.2.1
Debe montarse de forma segura sobre la base del baño de servicio con temperatura controlada e integrarse perfectamente con el sistema de agua circulante.
3.1.2.2
Construido con 4 conductos concéntricos para tubos, lo que permite la circulación de agua caliente a través del tubo interior y de agua fría a través del espacio anular exterior.
3.1.2.3
Los tubos internos del intercambiador de calor deben estar fabricados en acero inoxidable, y los tubos externos en acrílico transparente para la observación visual de los fenómenos de flujo. 3.1.2.4
La superficie total efectiva de intercambio de calor debe ser de 0,08 m².
3.1.2.5
Equipado con sensores de medición de temperatura en las posiciones de agua caliente y fría, con un total de 6 puntos de medición (entradas, pasos intermedios y salidas).
3.1.3
Módulo de intercambio 2: Módulo de intercambio de calor de carcasa y tubos (Cantidad: 1 unidad)
3.1.3.1
Debe montarse de forma segura sobre la base del baño de servicio con temperatura controlada e integrarse perfectamente con el circuito de agua circulante.
3.1.3.2
El haz de tubos debe contener 6 tubos interiores, con un diámetro interno (DI) de 6 mm.
3.1.3.3
Los tubos interiores de transferencia de calor deben ser de acero inoxidable y la carcasa exterior de acrílico transparente con deflectores internos para observar el comportamiento del flujo.
3.1.3.4
La superficie efectiva de transferencia de calor debe ser de 0,02 m². 3.1.3.5
Equipado con sensores de temperatura en las entradas y salidas de agua caliente/fría, con un total de 4 puntos de medición. 3.1.4
Capacidades experimentales obligatorias (Alcance didáctico):
3.1.4.1 Transferencia de calor indirecta (calefacción/refrigeración) a través de paredes divisorias.
3.1.4.2 Demostración de la dirección del flujo en paralelo y en contracorriente.
3.1.4.3 Análisis del régimen de flujo en intercambiadores de calor de carcasa y tubos.
3.1.4.4 Transición de flujo laminar a turbulento.
3.1.4.5 Balance energético (balance térmico) y cálculos de eficiencia a partir de caudales y costos.ΔT$.
3.1.4.6 Análisis comparativo de la eficiencia operativa y térmica entre diferentes tipos de intercambiadores.
3.1.4.7 Determinación del coeficiente global de transferencia de calor ($U$).
3.1.4.8 Influencia de los caudales de fluido en el coeficiente global de transferencia de calor ($U$).
SECCIÓN 3.2: UNIDAD EXPERIMENTAL DE CONDUCCIÓN DE CALOR (TOTAL: 1 CONJUNTO COMPLETO)
3.2.1
Unidad de control principal de conducción de calor y servicio (Cantidad: 1 conjunto)
3.2.1.1
La consola de control principal debe ser compacta y estar diseñada para su instalación sobre una mesa de laboratorio.
3.2.1.2
Capacidades de la interfaz de señal de entrada:
1) Entradas para sensores de temperatura de termopar con capacidad para aceptar hasta 12 posiciones. 2) Interfaz de control para la regulación de la válvula de control de flujo de agua de refrigeración circulante externa
3.2.1.3
Capacidades de la señal de salida:
1) Señal de salida lineal de 24 V para actuadores y módulos termoeléctricos Peltier.
2) Salida de 24 V CC para ventiladores de refrigeración, elementos calefactores y bombas de circulación.
3.2.1.4
Equipado con un sensor de flujo de agua de refrigeración que cubre de 0,6 a 10 L/h (con una resolución de 0,1 L/min), capaz de operar a temperaturas de hasta 125 °C.
3.2.1.5
Capaz de admitir hasta 12 canales de medición de termopares, cubriendo rangos de temperatura de 1 a 125 °C con una resolución de 0,1 °C.
3.2.1.6
REQUISITO PROPIETARIO CRÍTICO
Debe incorporar un sensor de humedad relativa ambiental que mida de 0 a 100 % HR con una resolución de 0,01 % HR, y capaz de medir/calcular la temperatura del punto de rocío
en un rango de -50 a 80 °C con una resolución de 0,1 °C.
3.2.1.7
REQUISITO DE VOLTAJE DE SEGURIDAD CRÍTICO
El sistema de control eléctrico debe operar a un voltaje de seguridad extrabaja de 27 V para proteger a los operadores de riesgos eléctricos.
3.2.1.8
Capaz de conectarse a una computadora externa mediante un puerto USB o una interfaz industrial equivalente para registrar e informar todos los datos experimentales. 3.2.2
Módulo de Conducción 1: Experimental de Conducción de Calor Lineal
Módulo (Cantidad: 1 juego)
3.2.2.1
Sensores de termopar instalados a lo largo de las secciones calentada y enfriada con una separación de 15 mm entre sensores:
1) Sensores de temperatura de la sección de calentamiento: 3 puntos.
2) Sensores de temperatura de la sección de enfriamiento: 3 puntos.
3) Sensores de temperatura de la muestra de prueba intermedia: 2 puntos.
3.2.2.2
DIMENSIONES CRÍTICAS DE LAS MUESTRAS Muestras de prueba de conducción de calor intercambiables:
1) Muestra de latón: 2 unidades, Ø 25 mm x 30 mm L, se coloca entre las secciones calentada/enfriada.
2) Muestra de acero inoxidable: 2 unidades, Ø 25 mm x 30 mm L, se coloca entre las secciones calentada/enfriada. 3) Probeta de aluminio: 2 unidades, Ø 25 mm x 30 mm L, se coloca entre las secciones calefactadas/enfriadas.
4) Probeta de acero inoxidable (diámetro reducido): 2 unidades, Ø 13 mm x 30 mm L.
5) Probeta de aluminio (diámetro reducido): 2 unidades, Ø 13 mm x 30 mm L.
6) Probeta de latón (diámetro reducido): 2 unidades, Ø 13 mm x 30 mm L.
(Total: 12 probetas de precisión de 3 materiales y 2 diámetros) 3.2.2.3
Equipada con conexiones rápidas autosellantes para la circulación externa de agua fría.
3.2.2.4
La potencia de calentamiento eléctrico de la sección de calentamiento debe ser de 60 W.
3.2.3
Módulo de Conducción 2: Módulo Experimental de Conducción de Calor Radial (Cantidad: 1 unidad)
3.2.3.1
Construido con calentamiento eléctrico central en el núcleo del disco y refrigeración periférica por agua alrededor de la circunferencia exterior para crear gradientes térmicos radiales.
3.2.3.2
El diámetro del disco metálico conductor debe ser de 110 mm y su espesor de 3 mm.
3.2.3.3
Equipado con sensores de medición de temperatura desde el centro del disco hacia afuera a lo largo de la trayectoria radial en 6 puntos de medición.
3.2.3.4
Equipado con conectores rápidos autosellantes para la conexión del circuito externo de agua de refrigeración. 3.2.3.5
La capacidad de calentamiento eléctrico del calentador del núcleo debe ser de 100 W.
3.2.4
Alcance experimental obligatorio de conducción:
3.2.4.1 Aplicación de la ecuación de velocidad de Fourier en la conducción en sólidos.
3.2.4.2 Determinación del perfil de temperatura en estado estacionario en materiales simples y compuestos.
3.2.4.3 Determinación de la conductancia/resistencia térmica global para materiales diferentes.
3.2.4.4 Determinación de la conductividad térmica ($k$) de diversas muestras metálicas.
3.2.4.5 Efecto de la variación del área de la sección transversal en la resistencia térmica ($25 mm² frente a $13 mm²). 3.2.4.6 Determinación de la conductividad térmica ($k$) para geometría de disco radial
SECCIÓN 3.3 - 3.7: EQUIPO AUXILIAR, PROCESAMIENTO DE DATOS Y ESTACIÓN DE TRABAJO
3.3 Baño refrigerado externo con control de temperatura / Enfriador (Cantidad: 2 unidades):
3.3.1 Capacidad: 30 litros.
3.3.2 Rango de control de temperatura: de 5 a 35 °C o más amplio.
3.3.3 Caudal de circulación suministrado a las unidades experimentales: 0,1 l/min.
3.3.4 Panel de visualización digital que muestra la temperatura interna del baño y los ajustes de control.
3.3.5 Medidas de seguridad: 1) Tubo de drenaje de rebose, 2) Detector de nivel de líquido, 3) Protector de corte por sobretemperatura. 3.4
Estación de trabajo informática para procesamiento de datos (Cantidad: 2 unidades completas):
3.4.1 Unidad completamente nueva, no reacondicionada ni reconstruida.
3.4.2 Procesador Intel Core i5, velocidad de reloj de 2,0 GHz o superior en el momento de la entrega.
3.4.3 Memoria RAM de 16 GB.0 GB.
3.4.4 Almacenamiento SSD de 1 TB.
3.4.5 Monitor LED de 24 pulgadas.
3.4.6 Licencia de por vida de Microsoft Windows 11 (o posterior) original preinstalada.
3.4.7 Licencia de por vida de Microsoft Office (Word, Excel, PowerPoint) original preinstalada con interfaz en tailandés/inglés.
3.4.8 Ratón óptico inalámbrico con rueda de desplazamiento de la misma marca.
3.4.9 Portal de soporte en línea del fabricante para descargas de BIOS/controladores.
3.5 Compatibilidad eléctrica y ambiental:
Todos los equipos mencionados en los puntos 3.1 a 3.3 deben funcionar con una fuente de alimentación monofásica de 220 V CA, 50/60 Hz y tener un rendimiento estable en condiciones ambientales tropicales. 3.6
Mesas de laboratorio (Cantidad: 2 unidades):
3.6.1 Mesa de laboratorio de alta resistencia para montaje de aparatos, dimensiones:
75 cm An. x 200 cm L x 80 cm Al.
3.6.2 Estructura de acero de alta rigidez, completamente ensamblada, capaz de soportar el peso de los aparatos, con patas tubulares de acero o de mayor calidad.
3.7
Kits de herramientas y accesorios para mantenimiento de laboratorio:
3.7.1 Armario modular móvil con cajones para herramientas: 1 unidad.
3.7.2 Juego de llaves combinadas: Cromo-vanadio, 12 piezas: 1 juego.
3.7.3 Juego de destornilladores: 9 piezas: 1 juego.
3.7.4 Juego de llaves hexagonales (llaves Allen): 6 piezas: 1 juego.
3.7.5 Juego de alicates: Incluye alicates combinados, alicates de punta larga y alicates de corte diagonal: 1 juego.
