Se sabe que al agregar más aislamiento a una pared siempre se disminuye la transferencia de calor. Entre más grueso sea el aislamiento, más baja es la razón de la transferencia de calor. Esto es previsible ya que el área de la transferencia de calor es constante y agregar aislamiento siempre incrementa la resistencia térmica de la pared sin incrementar la resistencia a la convección.

Sin embargo, agregar aislamiento a un tubo cilíndrico es un asunto diferente. El aislamiento adicional incrementa la resistencia a la conducción de la capa de aislamiento, pero disminuye la resistencia a la convección de la superficie debido al incremento en el área exterior. La transferencia de calor del tubo puede aumentar o disminuir dependiendo de cuál sea el efecto dominante.

Considere un tubo cilíndrico de radio exterior r₁ cuya temperatura de la superficie exterior T₁ se mantiene constante (ver figura 1).

Ahora se aísla el tubo con un material cuya conductividad térmica es k y su radio exterior es r₂. Se pierde calor del tubo hacia el medio circundante que está a la temperatura T∞, con un coeficiente de transferencia de calor h por convección. La razón de la transferencia de calor del tubo aislado hacia el aire circundante se puede expresar como:

De la expresión anterior nos interesa conocer el cambio de la resistencia total debido a un cambio en el espesor del aislamiento, por lo tanto, nos enfocamos en los términos resistivos, el radio crítico es un punto de inflexión por eso usamos el criterio de la derivada, es decir:

respecto a r₂ e igualando a cero:

Note que el radio crítico de aislamiento depende de la conductividad térmica del aislamiento k y del coeficiente externo de transferencia de calor por convección h. La razón de transferencia de calor del cilindro aumenta con la adición de aislamiento (figura 2) para r₂ < r_cr, alcanza un máximo cuando r₂ = r_cr y empieza a decrecer para r₂ > r_cr .

Por lo tanto, aislar una tubería puede aumentar la razón de la transferencia de calor en lugar de disminuirla si se elige un espesor de aislamiento incorrecto, es decir, cuando r₂ < r_cr[1] .

En la práctica, el valor de k lo proporciona el fabricante del asilamiento y el valor de h se obtiene de tablas[2] ampliamente estudiadas que relacionan el diámetro de tubería, la temperatura del fluido que transportan y la temperatura ambiente.

Autor: I.M. ENRIQUE PÉREZ DESARROLLO DE PROYECTOS

Intercambiadores de Calor

Fuentes:

[1] Cengel Yunus A-Ghajar Afshin J., Transferencia de calor y masa, Ed McGraw-Hill,2011

[2] Kern, Donald Q, Procesos de transferencia de calor, Ed. Patria,2013

¿Qué es un intercambiador de calor?

Un intercambiador de calor es un equipo utilizado para enfriar un fluido con otro fluido que se encuentran con diferentes temperaturas a través de una superficie de transferencia de calor.

Los intercambiadores de calor de casco y tubo se recomiendan ampliamente por estar fabricados 100% en A.I. T304 o A.I. T316 pues son la manera más higiénica para la transferencia de calor de cualquier tipo de fluido, ya que el acero inoxidable se considera altamente sanitario dando como resultado un sistema limpio a diferencia de los fabricados en fierro que en sistemas abiertos de enfriamiento y en presencia de agua producen una oxidación severa permitiendo que los residuos del óxido se filtren al proceso elevando así los costos de los mismos y de mantenimiento.

¿Para qué se pueden utilizar?

• Vapor/agua, para condensar vapor y/o calentar agua.
• Aceite/agua, para enfriar aceite en sistemas de lubricación o hidráulicos y transformadores eléctricos.
• Aire/agua, para enfriar agua de Post-­‐enfriadores de compresor de aire.
• Refrigerante R404, R403, NH₃, ETC./Agua o salmuera.
• Intercambiadores decalor para procesos químicos y alimenticios.

Su funcionamiento puede ser de expansión directa (con válvula termostática) o el sistema inundado. En el primero el refrigerante vapor el AS de tubo, mientras el otro líquido lo hace por

el exterior. Y en caso del segundo que se emplea para productos alimenticios o químicos, el orden es inverso; el fluido a enfriar, corre por el AS de tubos y el casco del intercambiador se inunda en refrigerante R403, R403, NH₃, de esta manera se tiene fácil acceso para la limpieza de los fluxes que están soldados a los espejos con soldadura de argón limpia y segura que proporcionan mayor confiablidad.

¿Por qué elegir un intercambiador de calor?

• Puede trabajar a temperaturas extremas.
• Por su composición a diferencia de los de placas pueden trabajar muy cercanos al punto de congelación sin sufrir daño.
• Puede trabajar con fluidos en todos los estados.
• Son altamente recomendados para trabajar con aguas cloradas o con cierta cantidad de arenilla especialmente en los procesos de enfriamiento de frutas y verduras, agricultura en general ya que el AI es de alta resistencia.
• Es fácil de desmantelar para su mantenimiento.
• El diseño se puede adaptar para cualquier condición y capacidad de operación.
• Son ideales para ser instalados en chillers como equipo original o para sustituir a los deteriorados.
• El Costo-Beneficio a pesar de representar una mayor inversión inicial es un equipo que garantiza un producto más limpio y se le puede dar mantenimiento por lo que tiene un tiempo de vida más prolongado que uno tradicional.

En muchas industrias u hogares se requiere enfriar el ambiente, refrescar habitaciones, entonces se utilizan aires acondicionados y los deshumidificadores que acondicionan, lo malo es que no logran verdaderamente su acometido.

Read More “¿Qué es un Chiller?”