MEMORIAS DEL XXVII CONGRESO INTERNACIONAL ANUAL DE LA SOMIM 22 al 24 DE SEPTIEMBRE DE 2021 PACHUCA, HIDALGO, MÉXICO
A5 Educación en Ingeniería Mecánica: Transferencia de calor
“Instrumentación virtual en equipo intercambiador de calor por
convección con sistema de adquisición de datos”
Jorge V. Cervantes*, Pedro L. Figueroa, Humberto M. Alonso
Facultad de Estudios Superiores Aragón-UNAM, Av. Rancho Seco s/n
Col. Impulsora, Nezahualcoyot, Estado de México, C.P. 57130, México.
R E S U M E N
El monitoreo de la transferencia de calor en equipos con flujos de calentamiento y enfriamiento permiten el
análisis y la obtención del coeficiente de calor por convección. El presente artículo habla sobre la
implementación de un sistema de adquisición de datos con instrumentación virtual, como resultado de un
proyecto aplicado al monitoreo de las variaciones de temperatura a flujo constante, de los fluidos de
enfriamiento y calentamiento en tubos concéntricos en un equipo de laboratorio marca Wards, del laboratorio
de Térmica y Fluidos de la FES Aragón. Se busca mejorar la calidad de la enseñanza en el área de la
Transferencia de calor, habiendo obtenido una interfaz con el software de National Instruments LabView, el
cual además de obtener el monitoreo y registro de las temperaturas, procesa los datos obtenidos para una
comparación entre el coeficiente de transferencia de calor por convección experimental y el calculado por los
usuarios.
Palabras Clave: Transferencia de calor, Instrumentación virtual, Coeficiente Convección.
A B S T R A C T
The monitoring of heat transfer in equipment with heating and cooling flows allows the analysis and
obtaining of the convection heat coefficient. This paper it is about implementation of acquisition data system
as a result of a project applied to the monitoring of temperature variations at constant flow of the cooling and
heating fluids in concentric tubes, of Wards laboratory equipment in Thermal laboratory and Fluids at FES
Aragón. Through virtual instrumentation, the aim is to improve the quality of teaching in the area of Heat
Transfer, having obtained an interface as Virtual Instrumentation with the National Instruments LabView
software, which also obtains the monitoring and recording of temperatures, processes the data obtained for a
comparison between the experimental heat transfer coefficient convection and that calculated by the users.
Keywords: Heat transfer, Virtual Instruments, Heat transfer coefficient.
1. Introducción
El empleo de equipos de transferencia de calor en
sistemas industriales es importante para los cambios de
estado de los sistemas térmicos y su análisis industrial
siempre ha requerido de las mediciones inherentes a la
temperatura, presión y flujo, además de conocer las
propiedades de los materiales así como del medio
ambiente que los rodea. Actualmente es amplia la
obtención de los valores numéricos de la temperatura
aplicando el mili-voltaje producido por el contacto
directo entre metales diferentes como el caso de los
termopares, mismo mili-voltaje que está relacionado
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proporcionalmente con la temperatura del material o
sistema donde hace contacto el extremo del termopar.
Sin restar importancia al uso de algunos termómetros
convencionales como los mercuriales, lograr medir el
mili-voltaje generado por los termopares, ha conducido
a la medición y registro de temperaturas con el empleo
de tarjetas DAQ o Sistema de Adquisición de Datos
(SAD) y sus correspondientes chasis cDAQ, que
traducen el mili-voltaje recibido por las tarjetas a
señales en lenguaje de computadora, procesando la
información para representarla con valores numéricos, o
bien, con gráficas en lapsos de tiempo definidos por el
usuario. Los valores numéricos con sus
correspondientes gráficas se muestran finalmente en una
interfaz de usuario, que permite representar el
dispositivo o equipo en la pantalla de la computadora
con los instrumentos virtuales.
La diferencia de utilizar o no la Adquisición de Datos
son la rapidez de lectura que se puede considerar en
tiempo real y la seguridad de las lecturas sin intervenir
directamente en los equipos a sensar.
Mediante la instrumentación virtual del equipo
Wards, se busca contar con una opción comparativa de
resultados, en la que haya registro de datos tanto de
manera tradicional por lectura directa y la obtención de
datos automatizada al mismo tiempo. De acuerdo a lo
anterior, se podrá mejorar la enseñanza de la
transferencia de calor al obtener el coeficiente de
transferencia de calor y el porcentaje de error al trabajar
el flujo paralelo y a contraflujo, corroborando los
resultados calculados manualmente con los
automatizados, logrando que el usuario interactúe en un
equipo de transferencia de calor renovado con
dispositivos electrónicos empleados industrialmente.
La FES Aragón cuenta actualmente con equipos para
ensayar los mecanismos de transferencia de calor por
conducción, convección y radiación, con el
inconveniente particular que para convección, el equipo
tiene más de cuarenta años de los cuales son contadas
las ocasiones en que se usó. Actualmente se dio
mantenimiento para la rehabilitación de dicho equipo,
con el apoyo del proyecto institucional del que se
generó el presente artículo, y que ayuda a mejorar la
enseñanza aplicando la adaptación de un SAD como lo
presentan sistemas térmicos actuales.
2. Descripción del equipo Wards
El equipo de Transferencia de Calor marca Wards
Steam, es un equipo del tipo “tubería doble” o de tubos
concéntricos. La marca Wards es de origen Inglés y
tiene una edad de cuarenta años aproximadamente. De
acuerdo con su historial de bitácora, el uso que se le ha
dado nunca fue frecuente y se abandonó su uso al no
poder obtener las condiciones adecuadas de lecturas en
los flujos y las presiones.
De acuerdo con la Fig. 1 y Fig. 2, el equipo WARDS
consta de las siguientes partes [1]:
Tuberías curvadas y concéntricas para el
intercambio de calor con flujo paralelo y contraflujo.
Conjunto de ocho intercambiadores de calor.
Tubería independiente de otros equipos para su
funcionamiento al emplear flujo de agua caliente y
agua fría.
Bomba integrada para flujo de agua caliente.
Banco de resistencias eléctricas para calentamiento
de agua, en conexión trifásica con alimentación a
220 V AC.
Termómetros de tipo bimetálico con carátulas en
distintas graduaciones para flujo de enfriamiento y
flujo de calentamiento.
Indicador digital de 18 puntos con termopares tipo
“J”.
Medidores de flujo del tipo rotámetro.
Figura 1. Equipo de transferencia de calor Wards [1].
Para conseguir los flujos paralelo y contraflujo se
cuenta con el conjunto de válvulas manuales que se
manipulan de acuerdo con el esquema mostrado en la
Fig. 2.
El código mostrado en la Tabla 1, identifica los
símbolos empleados en la Fig. 2.
Las dimensiones de la tubería así como sus
materiales se muestran en la Tabla 2 [1].
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Figura 2. Esquema de circulación de los fluidos, las válvulas se
muestran señaladas con letras y los termómetros con rombos
numerados: (1) - (9) para flujo de calentamiento, (10) – (18) para
flujo de enfriamiento [1].
Tabla 1. Códigos esquemáticos del equipo [1].
Tabla 2. Medidas conocidas de la tubería en el equipo. Se
considera tener el producto de las longitudes por el número de
pasos (n) en los cálculos, pudiendo ser cuatro u ocho [1].
La Fig. 3 muestra la disposición de la tubería en el
equipo [2].
Figura 3 - Intercambiador de tubería doble. 1) Prensaestopas tubo
exterior, 2) conexión T, 3) unión roscada, 4)codo en U, 5) prensa
estopas, 6)tubo conector, 7) tubo interior, 8) entrada tubo interno,
9) salida tubo externo, 10) prensaestopas de paso, 11) entrada
tubo externo, 12) tubo externo, 13) salida tubo externo. [2]
2.1 Descripción de los componentes del sistema de
adquisición de datos.
El software empleado en la instrumentación virtual es
LabVIEW. “Este programa es una herramienta de
programación gráfica, orientada para aplicaciones de
control de equipos electrónicos empleados en el
desarrollo de sistemas de monitoreo y control, lo que se
conoce como instrumentación virtual” [3].
Los componentes físicos empleados en la obtención
de la instrumentación, se muestran en la Fig. 4 y su
descripción es la siguiente para cada una:
Computadora Laptop con el software de National
Instruments instalado: NI LabView y NI Max. Fig.
4(a)
Un cDAQ – 9174, es el Rack o chasis portátil con
conector USB, para realizar la conexión rápida con
las tarjetas DAQ, los sensores y controlar la
temporización, la sincronización y la transferencia de
datos. Fig. 4(b).
Dos Tarjetas DAQ en Módulos NI-9213 de entrada
para termopares en 16 canales cada una, con filtros,
compensación de unión fría y detección de
termopares abiertos. Fig. 4(c).
Dieciocho Termopares tipo “J”, colocados en
proximidad con los termómetros bimetálicos de
carátula.
Interfaz de usuario, mostrada en la Fig. 5, fue
generada con el software LabView y NI MAX. La
versión de LabView es 2018 y se debe considerar
debido a la compatibilidad entre versiones.
Parte esquemática Símbolo
Tubos de enfriamiento
Tubos de calentamiento
Puntos de temperatura de enfriamiento
Puntos de temperatura de calentamiento
Válvulas de enfriamiento
Válvulas de calentamiento
Objeto Material Dimensiones
Longitud de tubos de
enfriamiento
Acero 1 [m] * n pasos
Longitud de tubos de
calentamiento
Al - latón 1 [m] * n pasos
Diámetro interno, tubos
enfriamiento
31.6 [mm]
Diámetro interno, tubos
calentamiento
16.612 [mm]
Espesor de tubos de
enfriamiento
5.4 [mm]
Espesor de tubos de
calentamiento
1.219 [mm]
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Figura 4. Componentes físicos del SAD. (a) Laptop mostrando la
interfaz elaborada con LabView, (b) chasis cDAQ-9174, (c)
Tarjetas DAQ NI-9213.
Figura 5 - Interfaz completa de usuario. (a) Se muestran las
casillas de los dieciocho termómetros bimetálicos, (b) las opciones
para registro de datos, (c) el área del diagrama.
3. Metodología
Se muestra a continuación las ecuaciones empleadas en
el proyecto y fueron las consideradas en primer lugar,
para garantizar que se contara con todas las variables y
realizar el proyecto. Las ecuaciones son las empleadas
en el manual del equipo Wards [1].
3.1. Ecuaciones empleadas
La ec. (1) se empleó en la obtención del coeficiente
global de transferencia de calor.
(1)
La temperatura del fluido que circula por la tubería
está en continuo proceso de cambio, y por consiguiente
la diferencia de temperaturas entre los dos fluidos no es
constante. Es preciso determinar la Diferencia de
Temperatura Media Logarítmica (DTML) para ser
utilizada en la ec. (1). De primera intención, podría
parecer que se debería utilizar la diferencia aritmética
promedio de la temperatura. Sin embargo, esto no
sucede así, debido a que la temperatura del fluido
cambia con mayor rapidez al principio y después es
gradual. La DTML (Tm) se calculó con la ec. (2),
considerando los gradientes de temperatura iniciales y
finales entre los fluidos de calentamiento y
enfriamiento.
(2)
Se consideró que al ser diferentes las superficies de
contacto para ambos fluidos que circulan por el interior
de la tubería, se empleó el área media logarítmica
calculada con la ec. (3), considerando el diámetro medio
logarítmico dm, la longitud l de tubería donde se realiza
el intercambio de calor y el número de tubos n.
(3)
Como el diámetro logarítmico está en función de los
diámetros interno di y externo do de la tubería de
calentamiento, se empleó la ec. (4) considerando que se
requiere su valor en las unidades adecuadas
convirtiendo los milímetros en metros.
(4)
La ec. (5) fue la empleada para el flujo de calor que
se trabajó en el equipo con la densidad, calor específico,
temperaturas del fluido caliente y flujo. Considerando
que el flujo del fluido caliente , se mide con rotámetro
en unidades de litros/min, se ajustaron dichas unidades a
m3/s, razón por la que aparece el valor de ajuste.
(5)
Una vez identificadas las ecuaciones a ocupar y los
componentes físicos requeridos para la instrumentación
Virtual, se procedió a realizar la conexión de los
sensores de temperatura, termopares tipo “J”, con las
tarjetas DAQ NI-9213. Posteriormente se montaron las
tarjetas en el chasis cDAQ-9174 y se programó la
interfaz.
(a)
(b)
(c)
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3. 2. Conectividad y operación de la Interfaz
La interfaz obtenida es una representación gráfica del
equipo Wards que incluye los instrumentos de medición
de temperatura. Posteriormente se diseñó el diagrama de
conexiones de la DAQ por cada instrumento virtual. En
la Fig. 7 se puede observar el diagrama de conexiones.
Una vez terminada la interfaz se realizaron pruebas
de sensado conectando el sistema a la computadora
mediante el puerto USB del chasis. Se procedió de
acuerdo a los siguientes pasos para la conectividad:
Se conectan los termopares a la bornera de la DAQ,
teniendo en cuenta la terminal positiva (color blanco)
y la terminal negativa. (color rojo). Colocar los
termopares en orden ascendente del 1 al 18, esto
quiere decir que el termopar #1 se conectará en la TC
0, el #2 en la TC 1 repitiendo consecutivamente para
las demás terminales.
Conectar la alimentación de 127 VAC al Rack de
National instruments y conectar el cable USB a la
computadora
En el escritorio de la Laptop, abrir el archivo del
instrumento virtual, contenido en la carpeta con el
nombre “PAPIME”, Fig. 6.
Figura 6. Carpeta PAPIME
Dentro de la carpeta se ejecutará con doble clic el
proyecto de LabVIEW con el nombre de
“PROYECTO PAPIME”, Fig. 7.
Figura 7. Proyecto de LabView con el nombre de
PROYECTO PAPIME
En este paso se abre el software LabView y se debe
dar doble clic en el Instrumento Virtual (VI) con el
nombre “INTERCAMBIADOR SN REPORTE”, como
se muestra en la Fig. 8.
Se puede observar en la Fig. 8 que existen sub
instrumentos virtuales con extensión “.vi”, los cuales no
se necesita abrir ya que se ejecutan en segundo plano.
Figura 8. Árbol de proyecto de LabView.
Una vez que está abierto el VI, se mostrará el
diagrama de bloques mostrado en la Fig. 9. En
consecuencia se debe presionar las teclas rápidas ctrl
+ E al mismo tiempo, con lo que cambiará al panel
frontal de la Interfaz ya mostrada en la Fig. 5.
Figura 9. Diagrama de Bloques
El siguiente paso es presionar el botón de encendido
que se encuentra en la parte superior izquierda de la
interfaz como se muestra en la Fig. 10.
Figura 10. Botón de encendido.
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Seleccionar el número de tubos con el que se va a
trabajar, esto se logra presionando un botón de los
mostrados en la Fig. 11, donde se muestra activo
para cuatro tubos y se puede seleccionar para ocho.
Figura 11. Botones para el número de tubos.
De acuerdo con la Fig. 12, se selecciona la
combinación de fluidos con la que se trabajará
dando clic a una de las dos flechas mostradas. Con
una se avanza y con la otra regresa. La simbología
correspondiente es V para vapor de agua, AIR-aire,
AC-agua caliente, AF-agua fría.
Figura 12. Botones para selección de Flujo.
Los espacios empleados para el registro del nombre
de profesor y asignatura se muestran en la Fig. 13.
Figura 13. Espacios de registro para nombre de profesor y grupo.
Con los datos del profesor y asignatura, se puede
proceder al registro de lecturas mediante el botón
“Lectura”, en ese momento comienza el registro y el
sensado de temperaturas con el trazo del
comportamiento en la zona de diagrama como se
muestra en la Fig. 14.
Al utilizar el botón “guardar” aparecen dos avisos de
los cuales se da a seleccionar si se desea guardar el
reporte o no, al seleccionar “si” aparece la elección
de la ubicación a guardar el archivo así como el
nombre.
Figura 14. Espacio para el trazado de los diagramas de
temperatura- tiempo para ambos fluidos de calentamiento y
enfriamiento, se muestran los botones de lectura y guardado en la
parte superior.
Es importante guardar los reportes en la carpeta con
el nombre “REPORTES”, ubicado dentro de la carpeta
principal “PAPIME”. Al presionar el botón e-mail el
reporte guardado se enviará al contacto que se haya
asignado.
En caso de no estar en el laboratorio, se puede hacer
prácticas virtuales, presionando el botón azul de
manual/auto con el cual se pueden modificar los valores
de los termopares manualmente sin necesidad de estar
en contacto con el equipo. Se recomienda que un
profesor guíe este último paso.
3.3 Lecturas y su registro
La operación del Sistema de Adquisición de Datos
permitió la obtención de las lecturas mostradas en las
Tablas 3 y 4, las cuales fueron registradas en la interfaz
al momento de la prueba con flujo en paralelo y
contraflujo [4]
Tabla 3. Lecturas de temperatura de los fluidos caliente
(subíndice H) y frío (subíndice C) con flujo paralelo e iguales de
500 L/h., con SAD. Por cada prueba son tres mediciones para
obtener el promedio.
T H2OH T H2OC
# 1 2 3 Media # 1 2 3 Media
1 85 87 87 86.3 10 19 19 19 19.0
2 78 78 79 78.3 11 28 28 28 28.0
3 71 72 72 71.6 12 34 35 35 34.6
4 67 68 68 67.6 13 40 40 40 40.0
5 63 64 65 64.0 14 43 44 44 43.6
6 61 61 61 61.0 15 47 48 48 47.6
7 59 59 60 59.3 16 48 48 48 48.0
8 57 58 58 57.6 17 49 49 50 49.3
9 56 57 57 56.6 18 50 51 51 50.6
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Tabla 4. Lecturas de la prueba de los fluidos caliente y frío con
circulación a contraflujo entre ellos e iguales de 500 L/h, con el
SAD.
Los diagramas de las Figs. 15 y 16 muestran el
comportamiento gráfico de las pruebas con flujo
paralelo y en contraflujo. Los puntos de ubicación entre
sensores corresponden por ejemplo, uno con diez y
finalizan nueve con dieciocho.
Fig. 15. Diagrama de temperaturas con flujo en paralelo.
Obtenido con el SAD
Fig. 16. Diagrama de temperaturas con circulación a contraflujo.
Obtenido con el SAD.
Las pruebas en flujo paralelo y contraflujo se
repitieron con diferentes valores de flujo, los cuales
dieron oportunidad de obtener los diagramas
correspondientes.
Los valores de flujo empleados fueron los siguientes:
500 L/h ambos fluidos para prueba 1 flujo paralelo y
2 contraflujo.
20 L/h ambos fluidos en la prueba 3 flujo paralelo y
4 contraflujo.
Es importante mencionar que fueron realizadas más
series de pruebas. En el presente artículo se mencionan
las más significativas obtenidas con el SAD y las
obtenidas de forma manual.
La prueba del SAD fue realizada al finalizar el
registro de datos de forma manual. Con el botón virtual
“Guardar” de la interfaz, se capturaron los valores
mostrados en la Fig. 17, como un ejemplo y son los
correspondientes con la Tabla 4.
Fig. 17. Ejemplo de captura de pantalla mostrando la interfaz
con los valores obtenidos mediante el SAD y el trazo en tiempo
real del diagrama temperatura-número del termopar.
Las Tablas 5 y 6 muestran respectivamente las
lecturas efectuadas manualmente con las mediciones en
las carátulas de los termómetros bimetálicos, para flujo
paralelo y contraflujo. Para obtenerlas se tuvo que
disminuir el flujo volumétrico a 20 l/h debido a que fue
la condición en que se logró la mejor estabilidad para
los termómetros bimetálicos de carátula, y se observará
en la fig. 18 el comportamiento de los diagramas con
mucha variación en esos valores.
Tabla 5. Lecturas de temperatura de los fluidos caliente
(subíndice H) y frío (subíndice C) con flujo paralelo e iguales de
20 L/h, sin el SAD. Por cada prueba son tres mediciones para
obtener el promedio.
T H2OH T H2OC
# 1 2 3 Media # 1 2 3 Media
1 82 81 81 81.33 10 56 56 56 56.00
2 78 78 78 78.00 11 51 51 51 51.00
3 75 74 74 74.33 12 47 47 47 47.00
4 70 70 70 70.00 13 42 42 42 42.00
5 66 66 66 66.00 14 37 37 37 37.00
6 63 63 62 62.67 15 34 33 34 33.67
7 59 58 58 58.33 16 29 29 29 29.00
8 55 55 55 55.00 17 23 23 23 23.00
9 51 51 51 51.00 18 19 19 19 19.00
T H2OH T H2OC
# 1 2 3 Media # 1 2 3 Media
1 72 72 80 74.7 10 28 25 51 34.7
2 70 71 78 73.0 11 37 34 66 45.7
3 60 60 81 67.0 12 34 32 63 43.0
4 52 55 80 62.3 13 34 34 64 44.0
5 51 52 81 61.3 14 31 35 54 40.0
6 50 51 80 60.3 15 34 37 61 44.0
7 45 51 78 58.0 16 32 40 51 41.0
8 43 47 79 56.3 17 28 34 50 37.3
9 41 45 80 55.3 18 25 38 40 34.3
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Tabla 6. Lecturas de la prueba de los fluidos caliente y frío con
circulación a contraflujo e iguales de 20 L/h, sin el SAD. Por cada
prueba son tres mediciones para obtener el promedio.
Figura. 18. Diagramas de temperatura obtenidos con lecturas sin
el SAD y flujo volumétrico de 20 litros/hora, (a) flujo paralelo de
la Tabla 5, (b) a contraflujo de la Tabla 6.
3.4 Resultados
En la Tabla 7 se reportan los resultados obtenidos de los
valores de los coeficientes calculados automáticamente.
Corresponden las lecturas uno y dos con los valores
registrados por el SAD, los valores 3 y 4 son los
registrados sin el SAD, las pruebas numeradas con el
cinco y seis fueron introducidas para presentar los
valores proporcionados por el manual del equipo y que
ayudan a la comparación de resultados.
Al realizar la comparación entre valores U de lectura
manual con los entregados por el SAD, se hace posible
obtener el porcentaje de error con la ec. 6.
(6)
Tabla 7. Coeficientes obtenidos mediante el SAD en pruebas uno y
dos, los obtenidos sin el SAD son las pruebas 3 y 4. Se incluyen
para comparación los valores proporcionados por el manual del
equipo como pruebas cinco y seis.
Considerando Um el valor del coeficiente obtenido
sin el SAD y USAD al valor obtenido mediante el SAD,
el error resultante es total (100%) si se utilizan los
termómetros de carátula bimetálicos para el flujo
paralelo y contraflujo. Son correspondientes a las Tablas
5 y 6 respectivamente.
Al comparar los valores obtenidos con el SAD y los
valores obtenidos con los ejemplos del manual del
equipo, se obtienen los siguientes porcentajes de error.
%Eflujo paralelo: 0.8%
%EContraflujo : 1.44%
4. Análisis
Se observa que si se compara los resultados de la tabla 5
y 6 por pares, el mayor valor pertenece a las pruebas de
contraflujo, considerando que ambas pruebas fueron
sometidas a las mismas condiciones de operación. Se
puede razonar que si se requiere mayor transferencia de
calor el método de contraflujo es el más eficaz.
Los resultados obtenidos tienen una diferencia muy
considerable si se aplica el Sistema de Adquisición de
Datos o no, ya que los resultados demuestran que existe
un daño en los termómetros de carátula bimetálicos, que
bien puede deberse a una variedad de factores, entre los
que destaca el medio ambiente en que el equipo ha
permanecido sin usarse. Puede además, llegar a tener
cierta interferencia por las uniones o juntas con que
están apoyados los termómetros ya que usan termo
pozos.
Considerando lo anterior, el programa LabView
ofrece la herramienta de compensación de interferencias
al calibrar el sistema en el enlace de prueba, mismo que
se ejecuta al iniciar la conexión entre sensores, DAQ,
cDAQ, y computadora, lo que incrementa la
confiabilidad en el registro de lecturas. Los mejores
puntos de referencia que se emplearon, fueron los
coeficientes proporcionados por el manual, ya que la
comparación con ellos nos permite afirmar que la
pequeña diferencia obtenida con el porciento de error,
T H2OH T H2OC
# 1 2 3 Media # 1 2 3 Media
1 70 70 80 73.3 10 43 43 60 48.7
2 70 71 78 73.0 11 46 46 51 47.7
3 60 60 74 64..7 12 40 39 47 42.0
4 58 56 70 61.3 13 38 49 42 43.0
5 55 53 66 58.0 14 34 34 37 35.0
6 52 51 62 55.0 15 34 33 33 33.3
7 47 48 58 51.0 16 34 34 29 32.3
8 45 45 55 48.3 17 28 27 23 26.0
9 45 45 51 47.0 18 25 25 22 24.0
Prueba Tipo de flujo Coeficiente U
1 Paralelo 1.605
2 Contraflujo 1.662
3 Paralelo -0.00057
4 Contraflujo 0.053
5 Paralelo 1.618
6 Contraflujo 1.686
(a)
(b)
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permite considerar que el equipo es completamente apto
para usarse en los ensayos de transferencia de calor por
convección, con arreglos de flujo en tubos concéntricos.
5. Conclusiones
La adaptación de un Sistema de Adquisición de Datos
aplicado al monitoreo y registro de valores reales de
temperatura en un equipo de transferencia de calor,
como el presentado, permite desarrollar en los
estudiantes habilidades como la destreza y autonomía
para el manejo correcto de equipos, desarrollando
comparativamente gráficas y diagramas basados en los
resultados que deben obtener de acuerdo al cálculo
automático entregado por la computadora empleada. [5]
Las habilidades que se mencionan a continuación, se
pueden evaluar en el desarrollo de las prácticas con el
equipo mediante rúbricas de evaluación ante lo cual ya
fue establecida una para profesores y una para alumnos
con propósitos de autoevaluación. Se consideraron las
habilidades con la asesoría de una compañera de la
carrera de Pedagogía y que aportó su conocimiento en
el desarrollo del proyecto.
Trabajo en equipo, considerando que se debe
preparar el equipo para las pruebas correspondientes
y tienen que distribuirse entre quienes realizan la
parte manual y quienes controlan la parte automática
del SAD.
Destreza y autonomía, mediante el cuidado de los
materiales y su capacidad de resolver problemas que
pueden surgir al momento de operar los sistemas.
Toma de decisiones al seleccionar el orden y el
arreglo del flujo (paralelo o contraflujo) en que
realizaran la prueba.
Interpretación y análisis. Con la obtención del
coeficiente global de transferencia de calor pueden
analizar su importancia para lograr transferir la
mayor cantidad posible de energía térmica entre
fluidos, y comparar sus resultados particulares con
los automatizados, generando confianza en su
actividad encomendada.
Una ventaja adicional para la enseñanza con los
materiales expuestos en el presente artículo, es la
aplicación de equipos de cómputo con sistemas
actualizados y que en la vida profesional los pueden
encontrar en una amplia variedad de industrias que
monitorean y controlan sus procesos mediante los SAD
[6].
Agradecimientos
Los autores agradecemos a la UNAM por la
autorización de este proyecto en la FES Aragón al ser
un ‘Trabajo realizado con el apoyo del Programa
UNAM-DGAPA-PAPIME”, con número PE100319. Un agradecimiento especial a la compañera Lilia
Andrea Luna Labra, que como becaria del proyecto
aportó sus conocimientos profesionales en pedagogía de
manera sobresaliente, así como Alejandro García
Noguez quien con los conocimientos adquiridos durante
su trayectoria escolar en Ingeniería Mecánica, rehabilitó
el equipo Wards en beneficio de la comunidad
universitaria.
A todos los alumnos y profesores, que preocupados
por mejorar la enseñanza de la carrera de Ingeniería
Mecánica en la FES Aragón, han participado con gran
entusiasmo en este proyecto, en particular al profesor
Rosendo Méndez Gallo, por su aportación al participar
y apoyar la rehabilitación del equipo.
Un reconocimiento al Profesor Arturo Ortíz
Fragoso† que apoyó el proyecto con gran entusiasmo y
lo recordaremos por su compañerismo e ímpetu.
REFERENCIAS
[1] FES ARAGÓN-UNAM. Manual de especificaciones
y pruebas del equipo WARDS. Laboratorio de
Térmica y Fluidos L2. Recuperado en Mayo de
2020,
https://termicayfluidosl2.blogspot.com/2019/10/tran
sferencia-de-calor.html.
[2] Roberto, G. S. Ingeniero Marino, Intercambiadores
de calor. Recuperado en abril de 2020,
https://ingenieromarino.com/intercambiadores-de-
calor/#4-
[3] J. Lajara, J. P. LabView, Entorno gráfico de
programación. (2a ed.). México: Alfaomega,
Marcombo (2012).
[4] A.G. Noguez. Rehabilitación y mejora de un equipo
de transferencia de calor para mediciones con
sistema de adquisición de datos (Tesis de
licenciatura). Universidad Nacional Autónoma de
México, Facultad de Estudios Superiores Aragón.
(2021)
[5] R. V. Garibay, J. V. Cervantes, H. M. Alonso.
Instrumentación virtual para una turbina de vapor
Coppus. Memorias del XXI Congreso Internacional
Anual de la SOMIM A2_31 (2015).
[6] Fernández-Sánchez, P.; Salaverría, A.; Mandado
Pérez, E.; Valdés, V.G. Taxonomía de los niveles del
aprendizaje de la ingeniería y su implementación
mediante herramientas informáticas. Universidad
del País Vasco - Universidad de Vigo. España.
Congreso (2012).
ISSN 2448-5551 EIM 19 Derechos Reservados © 2021, SOMIM
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