OPTIMIZACIÓN DE LA TRANSFERENCIA DE CALOR PARA ENTORNOS INDUSTRIALES

El calentamiento por conducción tiene su espacio para ciertos procesos industriales, pero es fundamental que los empresarios industriales utilicen este método de calentamiento de manera correcta. Esto significa utilizar los métodos, materiales y cálculos de calentamiento más adecuados para garantizar que haya una máxima transferencia de calor para una determinada aplicación. Descubra cuáles son los mejores métodos de transferencia de calor para los entornos industriales, y cuáles son las medidas que los empresarios industriales pueden tomar para aumentar la eficiencia.

Conducción

La transferencia de calor solo ocurre a través de la conducción, convección, o radiación. La conducción es el método más común que se encuentra en la vida cotidiana, como las mantas eléctricas, al tocar el cristal de una ventana o los calentadores de asientos en autos. Esto significa que la energía térmica es absorbida por una superficie, lo que hace que sus moléculas vibren rápidamente. Hacer que una superficie cálida toque a otra superficie hará que se transfiriera esa misma energía, creando así la transferencia de calor a través de la conducción.

La conducción depende del gradiente de temperatura (cómo cambia la temperatura en un lugar), las secciones transversales de los materiales, la longitud de recorrido y las propiedades del material. El calor siempre fluirá del material más caliente al más frío hasta que ambos materiales estén a la misma temperatura, alcanzando el equilibrio térmico.

Convección

La transferencia de calor por convección calentará las moléculas de aire que rodean inmediatamente a la fuente de calor (como los radiadores y calentadores de almacenamiento). Cuando el aire se calienta, asciende, dejando espacio para que las moléculas de aire más frío se acerquen a la fuente de calor y se repita el mismo proceso. El aire caliente transferirá su calor a moléculas más frías, calentando gradualmente el entorno.

Radiación

Los calentadores radiantes emiten radiación infrarroja que viajará hasta entrar en contacto con un objeto sólido. Cualquier objeto que reciba este calor comenzará a calentarse. Por ejemplo, el calor del sol viajará directamente al suelo siempre que no haya obstáculos en su trayectoria. La transferencia de calor por radiación no depende de otras moléculas ni del contacto para propagar el calor; este enviará energía térmica hacia el exterior y todo lo que sea calentado por la radiación comenzará a calentar el espacio a su alrededor.

Aplicaciones de transferencia de calor por conducción

Los metales conductores en componentes electrónicos y mecánicos se utilizan, ya sea para atraer o para desviar la energía térmica. Estos métodos se pueden utilizar en dispositivos médicos, equipos de laboratorio, construcción, equipos, cableado eléctrico y mucho más.

Maximizar la transferencia de calor

Uso de los mejores metales

Los distintos tipos de metales tienen diferentes capacidades en términos de conductividad térmica. Algunos metales son tan malos en la transferencia de calor que se utilizan como aislantes. Otros metales son mucho mejores para producir y difundir calor. Estos metales se utilizarán, por ejemplo, para utensilios de cocina. 

El aluminio ofrece un metal ligero, económico y fácil de utilizar para la conductividad térmica. Si bien la plata es excelente, el cobre es otra opción excelente para la conductividad térmica y es económico y más fácil de conseguir que la plata. El cobre es resistente a la corrosión y a la bioincrustación volviéndolo una excelente opción para los calentadores solares de agua, calentadores industriales y bombas de agua, por ejemplo.

Comprendiendo los contornos del calor

Al resolver la ecuación diferencial que rige la conducción del calor en un cuerpo, es necesario aplicar condiciones de contorno en el borde del dominio de análisis para obtener una solución. Las tres condiciones comunes de límite son:

1. Temperatura constante

Para la condición límite de temperatura constante, se supone que la temperatura de la superficie permanece en el valor especificado. Independientemente del calor que pase por la superficie. En general, la temperatura superficial especificada puede cambiar con el tiempo, y también puede ser diferente en distintos puntos del contorno. 

Físicamente, las condiciones de contorno de temperatura constante suelen aproximarse muy bien mediante el cambio de fase (ebullición, fusión, condensación, etc.) en la superficie. La energía asociada al cambio de fase absorbe o suministra grandes cantidades de calor a la temperatura de cambio de fase.

2. Flujo de calor constante

En el caso del flujo de calor constante, se supone que el flujo de calor en la superficie permanece en el valor especificado independientemente de lo que ocurra con la temperatura. De nuevo, en el caso más general, el flujo de calor puede ser una función del tiempo y la posición. 

En un rango limitado de temperaturas, una condición de contorno de flujo de calor constante podría ser aproximada por un calentador de resistencia eléctrica delgada, o por calentamiento radiativo de una fuente que está a una temperatura mucho, mucho más alta que la superficie. 

Una superficie bien aislada constituye un caso especial de una condición de contorno de flujo de calor constante en la que el flujo de calor se especifica como cero. Esto se llama superficie adiabática.

3. Convección

Una condición de contorno de la convección se produce cuando la superficie está expuesta a una transferencia de calor por convección regida por la ley de Newton del enfriamiento. El coeficiente transferencia de calor de convección y la temperatura de la corriente libre podrían, en general, ser ambas funciones del tiempo y de la posición. Un ejemplo sencillo de transferencia de calor unidimensional en estado estacionario puede ilustrar el efecto y la aplicación de diferentes condiciones de contorno.

Elección de los mejores calentadores y accesorios para la conducción 

Calentadores de circulación

Los calentadores de circulación, también conocidos como «calentadores en línea«, se emplean en una serie de aplicaciones. Pueden utilizar acero, acero inoxidable o titanio según la aplicación. Las aplicaciones de aceite lubricante y aceite residual a menudo utilizan acero para los calentadores de circulación. Esto es debido a que es económico en comparación a su contraparte de acero inoxidable. Los calentadores de circulación de agua utilizan acero inoxidable debido a sus cualidades anticorrosivas. 

En ambas aplicaciones, una bomba hace fluir el líquido, como agua o glicerol, a través de un circuito cerrado de tuberías. El fluido se recalienta mientras fluye a través del calentador de circulación. La viscosidad es una consideración importante para esta aplicación. Los calentadores de circulación eléctricos generan calor, lo que hace que el medio sea menos viscoso. Cuanto menos viscoso sea el fluido, más fácil será bombearlo a través del circuito de tuberías.

Calentadores de inmersión

Los calentadores de inmersión industriales son una forma rápida y eficiente de calentar diversas soluciones líquidas en equipos de procesamiento, al igual que en grandes tanques mediante el uso de calentadores de inmersión de tanques. Calentar líquidos mediante la transferencia de calor directa permite que el medio líquido alcance rápidamente la temperatura deseada mediante el uso de elementos calefactores eléctricos, tales como calentadores de brida, calentadores de tapón de rosca, calentadores sobre el costado o calentadores de inmersión de agua.

Calefactor tubular

Los elementos calentadores tubulares de Wattco son la solución de calentamiento industrial más versátil y adecuada para un gran número de aplicaciones. Los elementos tubulares de Wattco están configurados de fábrica para casi cualquier forma o tamaño. 

Podemos fabricar diámetros de doblado personalizados a pedido y podemos fabricar una variedad de soluciones de calentamiento industrial, como calentadores tubulares de bridas. Los calentadores tubulares suelen estar fabricados de acero, acero inoxidable, Incoloy, Inconel o aleaciones de titanio. 

Los elementos tubulares a menudo se consideran como la base de todos los elementos calentadores. Estos elementos calentadores tienen una funda exterior resistente para ayudar a proteger el calentador de proceso del estrés físico y utilizan aleaciones de alta calidad para permitir una transferencia de calor eficiente desde el serpentín de resistencia hacia el medio calentador.

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