INTRODUCCIÓN A LA TRANSFERENCIA DE CALOR

Prácticamente en todas las operaciones que se producen diariamente en el sector industrial se llevan a cabo un sinnúmero de intercambios de energía térmica. En la gran mayoría de estos procesos industriales es necesario calentar o enfriar para obtener lo deseado y en muchas ocasiones es necesario reutilizar y recuperar el calor con el objetivo de ahorrar

Existen algunas formas en las cuales el calor se transfiere en los diversos dispositivos produciendo que el campo de aplicación sea bastante extenso.La manera en que se transfiere calor se produce cuando dos o más cuerpos que están a diferentes temperaturas y que entran en contacto produciendo que el cuerpo de mayor temperatura transfiera calor al de menor temperatura hasta llegar a un equilibrio, en consecuencia la temperatura de uno de los cuerpos disminuirá y la temperatura del otro aumentara.

La transferencia de calor puede llevarse a cabo gracias a tres mecanismos posibles como lo son conducción, convección y radiación.En la conducción consiste en la transferencia de calor a través de medios solidos donde los cuerpos presentan diferentes temperaturas.

La convección es un método de transferencia el cual se emplea utilizando un medio para producirse, este medio es un fluido (líquido o gas) el cual transporta el calor entre las zonas de diferentes temperaturas. Finalmente en la radiación  se transfiere el calor a través de ondas electromagnéticas. Las aplicaciones se basan en los mecanismos de calor y cada caso se basa en los aspectos más importantes del funcionamiento de los equipos.

Áreas de aplicación de la transferencia de calor 

Es común encontrar la transferencia de calor en los sistemas de ingeniería y otros aspectos de la vida y no es necesario ir muy lejos para ver algunas de sus áreas de aplicación. De hecho, no es necesario ir a alguna parte, este fenómeno se produce constantemente y se desarrolla desde nuestro propio cuerpo humano que se encuentra emitiendo calor en forma constante hacia sus alrededores hasta situaciones más complejas como el manejo de dispositivos en una planta industrial Este fenómeno es muy importante al momento de diseñar dispositivos o diferentes tipos de componentes. 

La transferencia de calor es una materia de estudia impartida en la programación académica de carreras como ingeniería química, ingeniería aeroespacial, ingeniería electromecánica, ingeniería industrial, ingeniería agrícola o ingeniería mecánica entre otras. Como tiene múltiples aplicaciones podemos ver que tiene un largo alcance. Otras disciplinas donde se puede ver métodos de transferencia de calor en los tratamientos térmicos de alimentos, conversión de energías o procesamiento de materiales.

Las aplicaciones se basan en los mecanismos de calor y cada caso se basa en los aspectos más importantes del funcionamiento de los equipos que se utilizan en las diferentes industrias. La forma en que se transfiere el calor se logra con diversos dispositivos produciendo que el campo de aplicación sea bastante extenso.

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Transferencia de calor en la ingeniería química

Las aplicaciones más comunes en el área de operación unitarias se producen a través de la utilización de varios equipos:

Intercambiador de Calor

Uno de ellos es el intercambiador de calor, este es un dispositivo diseñado para transferir calor entre dos corriente o fluidos de un proceso, que se encuentran separados por una barrea, este proceso se lleva a cabo mediante dos mecanismo el de conducción y convección, este dispositivo es muy empleado en la industria debido q que la mayoría de los procesos se llevan a cabo a temperaturas específicas, existen algunos tipos de intercambiadores los mas utilizados en la industria son:

• Intercambiadores de tubo y carcaza

• Intercambiadores de tipo cerrado o regeneradores

• Intercambiadores de tipo abierto

• Intercambiador de plazo múltiple

• Intercambiador de plazo simple

• Intercambiadores de placa

Caldera

Otro de los dispositivos más utilizados son los generadores de vapor o también llamados calderas ya que sirven para calentar o evaporar agua para diversas aplicaciones, con la ayuda del calor generado por la utilización de combustibles ya sea sólido, liquido o gaseoso, el vapor generado a altas presiones sirve para accionar turbinas y el agua muy caliente se utiliza para calentar otros fluidos. Existen diferentes tipos de calderas:

•  Calderas humotubulares

• Calderas acutumulares

Condensadores

Los condensadores térmicos son una aplicación de los intercambiadores de calor el cual tiene como fin condensar vapores removiendo sus calores latentes. Se utilizan en plantes de fuerza de vapor, plantas de procesos químicos y plantas eléctricas nucleares para vehículos especiales.

Torre de Enfriamiento

Las torres de enfriamiento son instalaciones diseñadas para extraer calor del agua mediante evaporación o convección y desecharlo a la atmosfera, el agua es reutilizada cuando se enfría y se la introduce como agua de proceso. Existen varios tipos de torre de enfriamiento:

• Torre por convección forzada o de tiro mecánico   
• Torre de tiro inducido

Hornos

Los hornos industriales proporcionan un alto flujo de calor y lo mantiene en un compartimento cerrado, el objetivo de este calentamiento puede ser variado. Existen varios tipos de hornos:

• Horno eléctrico   
• Horno de combustión

 Energía interna

La energía interna es una magnitud resultante de la suma de las energías microscópicas, tales como la energía interna y la energía potencial que se encuentran presentes en las partículas o moléculas que posea un cuerpo. La variación de energía interna es independiente del proceso, sólo depende del estado inicial y final, por lo que se dice que es una función de estado.

Cuando se trate con gas ideal hay que tener presente que aquí que la energía interna dependerá de la temperatura ya que se toma en cuenta solo la energía cinética que este gas posea, por consiguiente cuando más elevada sea la temperatura habrá más velocidad y actividad al nivel molecular lo cual provocara una elevación en la energía interna. Si no hay cambio de estado alguno en un sistema se habla variación de energía interna sensible o calor sensible. Si se producen cambios de estado o cambios en la composición química se habla de la variación de la energía interna o calor latente.

La energía interna relacionada con los enlaces atómicos se obtiene mediante la división del núcleo o la unión de dos átomos la energía generada es energía calorífica la cual es recolectada por los reactores nucleares. Esta energía generada o absorbida durante las reacciones químicas se le denomina energía nuclear.