UNIVERSIDAD NACIONAL INTERCULTURAL DE LA AMAZONIA

FACULTAD DE INGENIERIA Y CIENCIAS AMBIENTALES

CARRERA PROFESIONAL INGENIERIA AGRROINDUSTRIAL

Válvulas de estrangulamiento - Cámaras de mezcla - Intercambiadores de

calor - Flujos en tuberías y ductos

ASIGNATURA: BALANCE DE MATERIA Y ENERGIA

DOCENTE: ING. PINEDO CHAMBI WENINGER
INTEGRANTES:
- ALVA RODAS JACKELINE ISABE
- CHIHUANCO HUAYOLI JUANA
- TRIGOSO ZUTA ANGIE NIKOLE

PERÚ – YARINACOCHA
2024
I. INTRODUCCION
II. OBJETIVOS
II.1 Objetivo General
II.2 Objetivo Especifico
III. MARCO TEORICO

III.1VALCULAS DE ESTRANGULAMIENTO

Las válvulas de estrangulamiento son dispositivos de diferentes tipos

que restringen el flujo de un fluido provocando una caída relevante
de presión. Algunos ejemplos comunes son válvulas ajustables
ordinarias, tubos capilares y tapones porosos.

A diferencia de las turbinas, producen una caída de presión sin

implicar trabajo. La caída de presión en el fluido suele ir
acompañada de una gran disminución de temperatura, por esa
razón los dispositivos de estrangulamiento son de uso común en
aplicaciones de refrigeración y acondicionamiento de aire. La
magnitud de la caída de temperatura (o, a veces, el aumento de
temperatura) durante un proceso de estrangulamiento se rige por
una propiedad llamada coeficiente de Joule-Thomson. Efecto de
joule Thomson

III.1.1 Efecto de Joule - Thomson

Las investigaciones de Joule y Thomson demostraron que, al

producirse una estrangulación, la temperatura de un gas disminuye.
A presiones bajas, µ > 0, lo que produce que la temperatura
disminuye tras el estrangulamiento, a medida que va aumentando la
temperatura, µ va tomando valores próximos a cero, hasta llegar a
él, donde la temperatura permanecerá constante tras el
estrangulamiento, hasta llegar ya a presiones más elevadas donde
este coeficiente µ tomará valores negativos y produciendo un
aumento de la temperatura tras el paso por el estrangulamiento.
 Representando este coeficiente la pendiente de las líneas de
entalpia constante de un diagrama T – P.

III.1.2 Proceso de Estrangulamiento

Cuando un fluido se expande desde una región de alta presión

hasta otra de baja presión generalmente se hace trabajo, o se
produce cambios en la energía potencial y cinética. Cuando no
ocurren tales efectos se dice entonces que el proceso es de
estrangulamiento. Por lo general se realiza mediante válvulas que
estrangulan el fluido, pues este al adquirir una velocidad alta se
disipa en turbulencia, o pueden reducirse a cero mediante la
correcta selección del tubo. El proceso de estrangulamiento
obedece a la ecuación denominada expansión de Joule – Thomson
(h1 = h2).

III.1.3 Función de la Válvula de Estrangulamiento

Las válvulas reguladoras o estranguladoras regulan la velocidad del

avance y del retroceso del émbolo de actuadores neumáticos. Esta
regulación se consigue mediante una estrangulación apropiada del
caudal de aire comprimido, tanto en sentido de escape como en el
sentido de la alimentación del aire.
III.1.4 Tipos de Válvulas o Dispositivos de Estrangulamiento

a) Válvulas de Macho

El uso principal de estas, es en servicio de estrangulación.

Las válvulas machos poseen un dispositivo de cierre u
obturador que está formado por una especie de tapón
troncocónico el cual gira sobre el eje central. La caída de
presión es baja. Ventajas principales acciones rápidas,
operación sencilla, espacio mínimo para la instalación y
cierre hermético.

b) Válvulas de Mariposa

Una válvula de mariposa es un dispositivo para interrumpir o

regular el flujo de un fluido en un conducto, aumentando o
reduciendo la sección de paso mediante una placa,
denominada «mariposa», que gira sobre un eje. Al disminuir
el área de paso, aumenta la pérdida de carga local en la
válvula, reduciendo el flujo.

c) Válvulas de Globo

La función esencial de una válvula de retención es impedir el

paso del fluido en una dirección determinada, y no retorno
(retén). Mientras el sentido del fluido es el correcto, la válvula
de retención se mantiene abierta, cuando el fluido pierde
velocidad o presión la válvula de retención tiende a cerrarse,
evitando así el retroceso del fluido. La diferencia de
presiones entre la entrada y la salida hace que la válvula esté
abierta o cerrada.

d) Válvulas de Bola

No son satisfactorias para estrangulación son de rápida

operación, de fácil mantenimiento, no requieren lubricante.
Producen cierre hermético con baja torsión y su caída de
presión es en función del tamaño de orificio.
EJERCICIO
III.2CAMARAS DE MEZCLA

Es un intercambiador de calor por contacto directo, como su

nombre lo indica existe una transferencia de calor entre dos fluidos
a distintas fases de manera directa como indicamos.
III.2.1 Funcionamiento del dispositivo

La sección donde sucede el proceso de mezclado de dos corrientes

de fluidos es llamada cámara de mezcla, o mezclador.
Este tipo de dispositivo solo se emplea en los sistemas continuos o
circulantes para la mezcla completa de fluidos miscibles.
Es un equipo en el cual ingresan más de una corriente de fluido
(gas ideal o vapor), que luego de mezclarse, salen bajo un mismo
estado. La condición de funcionamiento para este equipo es que las
presiones de entrada deben ser iguales a la presión de salida. La
cámara de mezcla funciona en régimen permanente y es
adiabática.
III.2.2 Aplicaciones de la cámara de mezcla

 En la soldadura autógena, se utiliza una pequeña cámara de

mezclado dentro del soplete, en donde se mezcla el
combustible(acetileno) con el oxígeno, causando así una llama,
que, por medio de reguladores, se obtienen distintos tipos de
llama.

 En algunas piscinas, por lo general las más grandes, se utiliza

una cámara de mezclado de agua y cloro, en donde para
ahorrar el trabajo manual de regar el cloro en polvo por la
piscina, con la ayuda de una bomba, se tira este fluido
proveniente de la cámara de mezcla, hacia la piscina.

 Un ejemplo clásico de una cámara de mezclado lo constituyen

las llaves de paso en las regaderas caseras, en donde se busca
acondicionar la temperatura del flujo de agua dependiendo de la
apertura de la llave fría o caliente.
III.2.3 Diagrama Esquemático

III.2.4 Consideraciones

 La transferencia de calor es insignificante ya que

normalmente están bien aisladas.
 Se desprecian los cambios de energía potencial en el
dispositivo.
 Los cambios de la energía cinética en el dispositivo son muy
pequeños como para tomarse en cuenta.
 No hay trabajo asociado.

III.2.5 Propiedades de entrada y salida

 El fluido sale en forma de mezcla saturada.

 Es un dispositivo adiabático ya que la presión en ambas
entradas es igual a la presión en la salida.
 El flujo másico en la salida viene dado por la suma de los
flujos másicos de ambas entradas.
 III.2.6 Tipos de Mezcladores

 Mezcladores de chorro
Los mezcladores de chorro de líquido se utilizan principalmente en
recipientes, tanques de almacenamiento y depósitos de neutralización. El
chorro de líquido que sale de la boquilla motriz genera un vacío parcial en el
cono de entrada del difusor y, por lo tanto, se extrae un flujo de líquido del
tanque y se arrastra.
 Mezcladores de inyector
Son ampliamente utilizados en la industria del agua para mezclar productos
químicos específicos en el agua, en plantas de tratamiento de agua y
plantas de aguas residuales, en la producción de agua potable y plantas
desalinizadoras.
 Mezcladores de columnas con orificios
Estos mezcladores se basan en la transformación de la energía de presión
en energía de velocidad turbulenta y encuentran muchas aplicaciones
cuando la viscosidad es lo bastante pequeña para permitir que se
completen las reacciones en el muy corto tiempo disponible.
 Mezcladoras de paletas o brazos
Las mezcladoras de paleta tienen unas paletas conectadas a ejes
secundarios que a su vez son perpendiculares al eje central. Estas paletas
están diseñadas para levantar y mezclar el material.
 Mezcladoras de tambor
Acero montado sobre cuatro ruedas, que se acciona por un motor eléctrico
y que se sostiene sobre una estructura rígida, lo que minimiza el desgaste
del conjunto de balanceo. El tambor gira continuamente, lo que permite que
el producto se mezcle desde el momento de ingresar al momento de salir.

EJERCICIO
Un flujo de agua caliente a 80 °C entra a una cámara mezcladora a una razón
de 0.5 kg/s, y se mezcla con un flujo de agua fría a 20 °C. Se desea que la
mezcla salga de la cámara a 42 °C. Calcule el flujo másico de agua fría.
Suponga que todos los flujos están a la presión de 250 kPa.
RESOLUCIÓN.
El principio que se debe implementar para resolver este problema es la primera ley
de la termodinámica para sistemas con flujo estacionario, además de una
consideración del problema la cual es que no existe pérdida de masa en el
sistema por lo que se tomara en cuenta también la conservación de masa.

Primera ley de la termodinámica:

Q – W + fme*he – fms*hs = 0
Dónde:
 Q es el calor transferido entre el sistema y los alrededores.
 W es la interacción de trabajo entre el sistema y los alrededores.
 Fme es el flujo másico a la entrada.
 He es la entalpía en la entrada.
 Fms es el flujo másico en la salida.
 Hs es la entalpía en la salida.
Conservación de masa:
Fme =Fms
Según los datos proporcionados por el problema no existen interacciones de calor
y trabajo entre el sistema y los alrededores, por lo tanto ambos son cero.
Q=0
W=0
Como en el sistema existen 2 entradas se deben considerar los aportes de
energía de ambos por lo tanto la primera ley quedaría:
Fme1*he1 + Fme2*he2 = Fms*Hs
Se consiguen las entalpías para las condiciones dadas en el problema.
He1 = 334,91 Kj/Kg (T = 80ºC y P = 250 KPa)
He2 = 83,96 Kj/Kg (T = 20ºC y P = 250 KPa)
Hs = 175,92 Kj/Kg (T = 42ºC y P = 250 KPa)
Fme1 = 0,5 Kg/s
Aplicando la conservación de masa se tiene que:
Fme1 + Fme2 = Fms
0,5 + Fme2 = Fms
Sustituyendo los datos obtenidos y la conservación de la energía en la
primera ley se tiene que:

334,91*0,5 + 83,96*Fme2 = 175,92*(0,5 + Fme2)

79,495 + 83,96*Fme2 = 175,92*Fme2

79,495 = 91,96*Fme2

Fme2 = 0,86 Kg/s

Por lo tanto el flujo másico de agua fría que entra al sistema es de 0,86 Kg/s

III.3INTERCAMBIADORES DE CALOR

Un intercambiador de calor se puede describir de un modo muy

elemental como un equipo en el que dos corrientes a distintas
temperaturas fluyen sin mezclarse con el objeto de enfriar una de
ellas o calentar la otra o ambas cosas a la vez. Se requiere conocer
los distintos tipos de equipos disponibles ya que corresponden a
geometrías y formas diversas que se pueden usar para diferentes
operaciones de transferencia de calor y condicionan o determinan
las expresiones a usar para el cálculo de las características de la
transferencia de calor; específicamente los coeficientes de
transferencia de calor.

III.3.1 Tipos de Intercambiadores de Calor

a) Tubos Concéntrico

Son equipos de construcción sencilla que se ocupan para cargas

pequeñas a transferir. El tamaño no debiera exceder los 70
pies2, ya que sobre ese tamaño se hacen más económicos los
equipos más compactos. De construcción simple, una unidad
(llamada normalmente horquilla) está compuesta por dos
secciones de tubos concéntricos (de 20 pies cada una) unidas
por curvas y tees para dar forma al equipo, como se puede ver
en la figura 1. Las uniones, normalmente roscadas son la mayor
debilidad del equipo.

b) Tubos y Cascaras

Para mejorar la relación área/volumen y disminuir los puntos

conflictivos de posibles filtraciones se dispone de este tipo de
equipo, que contiene un gran número de tubos (haz de tubos) en
una carcasa de sección circular. Los tubos están fijos en una
placa (hoja de tubos) que permiten su flujo hidrodinámico
independiente del flujo que fluye por la carcasa. Para mejorar las
condiciones de transferencia por el lado de la carcasa, en esta se
disponen algunas placas deflectoras (bafles normalmente
segmentados al 75%) que provocan en el lado dela carcasa un
flujo parcialmente paralelo y parcialmente cruzado en relación al
fluido que circula por los tubos. Está claro que al disponer los
bafles se aumenta las pérdidas de energía por el lado de la
carcasa, y este aumento dependerá del número de bafles usados.
Este tipo de intercambiador es ampliamente usado por su gran
versatilidad, ya que se puede lograr con un solo equipo una gran
variedad de configuraciones distintas. Su uso está restringido a
 soluciones con muy bajo contenido de sólidos y viscosidades
menores a 10000 cent poises.

c) Intercambiadores de Placas

El intercambiador de calor de placas consta de un conjunto de

placas metálicas corrugadas, con orificios para permitir el paso de
los dos fluidos entre los que se realiza la transferencia de calor. El
conjunto de placas está montado entre una placa bastidor fija y
otra de presión desmontable, y se mantiene apretado mediante
pernos. Las placas incorporan juntas que sellan la periferia y
dirigen los fluidos por canales alternos. El número de placas
depende del caudal, propiedades físicas de los fluidos, pérdida de
carga máxima permitida y programa de temperaturas. La
corrugación de las placas favorece la turbulencia del fluido y
contribuye a que las placas resistan la presión diferencial. Las
placas de intercambio térmico y placa de presión están
suspendidas en una barra guía superior y se apoyan en una barra
guía inferior. Ambas barras están fijas a una columna de soporte.
d) Economizadores

Es básicamente un intercambiador de calor que se coloca en la

chimenea de una caldera para transferir el calor contenido en los
gases de combustión al agua de la caldera. En la figura 5 se
puede ver un esquema de un economizador y sus partes
principales.

e) Estanques con chaquetas y/o serpentín (Kettles)

El serpentín es un equipo intercambiador de calor que al estar en

contacto con el aire de retorno el cual regresa caliente, enfría el
aire gracias al refrigerante abaja temperatura que circula por su
interior, y lo envía de nuevo mediante los ductos transportadores
a las instalaciones y mediante este proceso la temperatura del
aire presente en las instalaciones se mantiene bajo condiciones
de confort.

BIBLIOGRAFIA
JULIAN DIAZ (2013).Cámara de mezcla.SCRIBD.
https://es.scribd.com/document/288155438/Camara-de-Mezclado