Adrián del Salvador Yaque Sánchez - Preparar y acondicionar elementos y máquinas de la planta química. QUIE0108

Los conductores térmicos son aquellas sustancias que transmiten rápidamente la energía térmica de un punto a otro, como, por ejemplo, los metales.

Los aislantes térmicos son aquellas sustancias que transmiten lentamente la energía térmica de un punto a otro, como, por ejemplo, el vidrio, la madera o el corcho.

Estas interacciones en los sólidos se producen porque los átomos y moléculas de la zona que se calienta empiezan a vibrar más rápido y chocan con las partículas vecinas transmitiendo esa energía térmica. En los líquidos y gases es debido a las colisiones de las moléculas de mayor energía con las de menor energía mientras están en movimiento continuo.

Ejemplo

Cuando se calienta un extremo de una varilla metálica, el calor llega al otro extremo sin que haya movimiento alguno de la masa que constituye la varilla.

La velocidad de transferencia de calor o rapidez con que el calor se transmite a través de un medio en conducción depende del material del que esté hecho, de su espesor, de su configuración geométrica y de la diferencia de temperaturas a través de él.

Ejemplo

Si en una planta hay un depósito de agua caliente, si este está recubierto de fibra de vidrio que es un buen material aislante, tardará más tiempo en disiparse el calor acumulado que si no tiene ningún aislante. Cuanto más grueso sea el material aislante, menos rápida será la pérdida de calor. Además, cuanto más grande sea o mayor área superficial tenga por su configuración geométrica (para un mismo volumen un depósito con forma de cilindro tiene más superficie que uno esférico), más rápida será la pérdida de calor. Y por último, cuanto menor sea la temperatura en el lugar donde se encuentre el depósito, antes se producirá la pérdida de calor.

Convección

El calor se transmite por convección cuando este se transfiere de un punto a otro de un fluido, líquido o gas por el movimiento macroscópico de la masa del propio fluido, es decir, se transfiere calor mediante el transporte de materia.

Si el movimiento del fluido es forzado mediante medios externos como un agitador, un ventilador o una bomba, la convección se denomina convección forzada,y si el movimiento del fluido es causado por la diferencia de densidades creadas por la diferencia de temperatura existente en la masa del fluido se le denomina convección natural.Claramente, la convección forzada favorece mejor la transferencia de calor que la convección natural.

Ejemplo

Convección natural:si se calienta agua en un recipiente, el agua que está en el fondo se calentará antes, disminuyendo su densidad (la densidad disminuye con el aumento de la temperatura) y ascendiendo, y el agua de la superficie que se encuentra más fría y tiene mayor densidad, desciende, dando lugar a un proceso cíclico. Convección forzada: si se agrega al recipiente un agitador eléctrico que aumente el movimiento del agua favorecerá más la transferencia de calor, y se llevará a cabo antes.

Radiación

La radiación térmica es la energía emitida en forma de ondas electromagnéticas por la superficie de un cuerpo que ha sido excitado térmicamente.

Esta radiación térmica se emite en todas las direcciones, se propaga con la velocidad de la luz y si choca contra otro cuerpo, puede ser reflejada, transmitida o absorbida por este. No exige medio de transporte propagándose incluso a través del vacío.

Ejemplo

El sol transmite su calor por radiación, ya que las ondas electromagnéticas se propagan en el aire e incluso en el vacío.

Todos los cuerpos radian energía en función de su temperatura. Cuanto mayor sea la temperatura, mayor será la energía de la radiación que emiten.

Aplicaciones de la transferencia de calor en la planta química

En las plantas químicas el calor se transfiere por medio de una variedad de equipos diseñados con el propósito de analizar la transferencia de calor. Entre estos se encuentran los intercambiadores de calor, las calderas, los condensadores, los hornos, los calentadores de resistencia eléctrica o los secadores de calor radiante. En este apartado se va a estudiar el intercambiador de calor que es el equipo que presenta mayor interés en relación con la transferencia de calor por su uso habitual en cualquier planta química.

Intercambiadores de calor

La transferencia de calor entre dos fluido casi siempre se produce en los intercambiadores de calor. Son equipos que facilitan el intercambio de este entre dos fluidos que están a diferente temperatura y al mismo tiempo evitan que se mezclen entre sí. La transferencia de calor se produce por convección en el fluido y por conducción a través de la pared que los separa. Fundamentalmente existen tres tipos de intercambiadores de calor:

1 Intercambiador de calor de doble tubo: es el más simple y se trata de dos tubos concéntricos por donde un fluido se desplaza por la tubería interior y el otro por el espacio anular entra ambas tuberías. Se pueden fabricar con un solo par de tubos o con varios pares de tubos en serie. Se utiliza para velocidades de flujo de fluido bajas.

1 Intercambiadores de tubo y coraza: se utilizan cuando existen flujos de fluido mayores, y es el tipo de intercambiador más importante en la industria química. Se trata de un conjunto de tubos paralelos distribuidos en el interior de una coraza. En el interior de estos tubos corre uno de los fluidos, y el otro circula por el interior de la coraza y por el exterior de los tubos.

1 Intercambiador de flujo transversal: sirve para calentar o enfriar un gas como, por ejemplo, el aire. Uno de los fluidos, que es un líquido o un gas circula por el interior de los tubos y el gas exterior (a calentar o a enfriar) fluye por convección forzada o natural a través del conjunto de tubos.

Aplicación práctica