Hace tiempo que inició el verano en México, algunas ciudades son más cálidas que otras, en mi caso que vivo en Mexicali, Baja california el tema de todos los días es “que calor hace” y una frase típica como padre es “cierra la puerta que se mete el calor”, y claro que por excelencia a todos los foráneos les decimos “si hubieras venido ayer, estaba haciendo más calor”. Calor se define como la forma de energía que se transfiere entre dos sistemas (o entre un sistema y el exterior) debido a una diferencia de temperatura.
Para los que estudiamos ingeniería, los libros de Yunus A. Çengel eran las biblias para las clases de termodinámica y térmica. De las primeras cosas que tienes que aprender es “la transferencia de energía es siempre del cuerpo con mayor temperatura al de menor, y una vez establecida la igualdad, la transferencia termina o se llegaba a un equilibrio térmico”. Para ello gráficamente nos mostraban una soda fría o una papa caliente expuestas a temperatura ambiente, ambas cosas sobre una mesa esperando a cumplir ese equilibrio a través del tiempo.
El calor tiene unidades de energía, las más comunes son KJ (kilo Joule) o BTU (British termal unit).
El calor se puede transferir mediante conducción, convección y radiación. Y puede estar 1 o todas presentes al mismo tiempo.
- Conducción: es la transferencia de energía resultado de interacción molecular, las partículas más energéticas de una sustancia hacia las menos. La ley de Fourier es la que representa la conducción térmica.
- convección: es la transferencia de energía entre una superficie sólida y el fluido adyacente que se encuentra en movimiento. Puede ser natural o forzada, y la ley de newton es la que representa la convección térmica.
- Radiación: es la transferencia de energía debido a la emisión de fotones. La ley de radiación térmica de Kirchhoff es la que representa a la radiación.
Ya hemos hablado un poco del calor y sus formas de transferencia, ahora definiremos lo que es un intercambiador de calor.
Los intercambiadores de calor son aparatos que facilitan el intercambio de calor entre dos fluidos a diferentes temperaturas, y esto puede ser directa (que los fluidos tienen contacto entre ellos o incluso se mezclan) o indirecta (los fluidos están separados por una pared milimétrica). En nuestra vida diaria los intercambiadores son de uso común, por ejemplo, el radiador del carro o el aire acondicionado de la casa.
En un intercambiador de forma indirecta, que por cierto solo hablaremos de este tipo a partir de este momento, la transferencia se da de 2 formas, convección por cada fluido y conducción a través de la pared que los separa. En el análisis de los intercambiadores de calor resulta conveniente trabajar con un coeficiente total de transferencia de calor U, que toma en cuenta la contribución de todos estos efectos sobre dicha transferencia.
Para la industria HVAC, los intercambiadores de calor tipo placas y el de tubos y coraza son los más usados, y las aplicaciones donde mas se les puede ver son:
- Torres de enfriamiento de circuito cerrado.
- “Free cooling” para ahorro de energía en chillers.
- Aislamiento estático en edificios altos.
- Máquinas de a/c tipo water source heat pump.
- recuperación de energía en agua de desecho, puede ser calderas o chillers.
- Entre otras…
En el próximo capítulo hablaremos de cómo seleccionar un intercambiador y las variables que se deben tomar en cuenta.
Ing. Jose Armando Razo Quevedo