Los intercambiadores de calor son aparatos diseñados para transferir calor de un lugar a otro. Su función es extraer calor de un líquido como agua caliente o vapor y dirigirlo hacia otro como agua fría o aire. Este proceso por el cual el calor se transfiere de un fluido a otro se llama Transferencia de Calor. Dado que los intercambiadores de calor se utilizan en muchos lugares, como fábricas, plantas eléctricas o incluso nuestras casas, se vuelven muy importantes. Sin ellos, ¿cómo manejaríamos el calor en estos sistemas?
Para tener una imagen clara del mecanismo de operación detrás de los intercambiadores de calor, se explican algunas cosas sobre cómo funciona la transferencia de calor. El calor es una forma de energía que fluye de objetos calientes a fríos. Cuando tocas una estufa caliente, por ejemplo, el calor se transfiere de la estufa a tu mano, lo que hace que se sienta cálida. Aquí tienes una buena razón para tener cuidado con las superficies calientes. Hay tres mecanismos en el movimiento del calor: conducción, convección y radiación.
La convección ocurre cuando el calor es transportado por fluidos en movimiento, como el aire y el agua. Es un mecanismo de transferencia de calor muy significativo en el caso de varios tipos de dispositivos, como los intercambiadores de calor. Por ejemplo, el agua caliente fluye a través de un intercambiador de calor y, por convección, transfiere su calor al agua fría que también fluye a través del intercambiador.
Es un proceso de transferencia de calor llamado radiación, que ocurre sin ningún contacto directo entre los objetos. Por ejemplo, considera cómo la Tierra se calienta gracias al sol de una manera simple. Esto se debe a que el calor del sol viaja a través del espacio — pero dado que no hay moléculas en el vacío, calienta nuestro planeta sin necesidad de tocarnos.
Los intercambiadores de calor son maravillosos porque pueden ayudar a ahorrar energía. Extraen calor de un líquido caliente y luego lo transfieren a un líquido frío, haciendo esto sin perder ninguna energía. En un horno de proceso, es muy evidente y ampliamente utilizado, pero con el uso de un intercambiador de calor se puede ahorrar entre un 25 y un 35% de energía; por ejemplo, una fábrica que calienta agua que pasa por varios pasos/niveles en la misma planta, ahora, ya que es caliente en la primera etapa, una posible alternativa sería usarla en la cuarta etapa fría, así que se podría evitar la necesidad de otro calentador. De esta manera, no se desperdicia ninguna energía térmica, lo que lleva a importantes ahorros en tus facturas mensuales.
La diferencia de temperatura entre los dos líquidos juega un papel importante en la transferencia de calor. Más calor se transfiere con una mayor diferencia de temperatura. Por eso es importante diseñar el intercambiador de calor teniendo en cuenta la diferencia de temperatura adecuada. Esta es una consideración importante para los ingenieros para asegurarse de que el intercambiador de calor funcione de manera efectiva.
Un diseño particularmente interesante es el intercambiador de calor de microcanales. Otra forma de describir estos intercambiadores de calor es que parecen canales diminutos, solo de unos pocos milímetros de ancho. Estos pequeños canales son capaces de ofrecer un buen rendimiento térmico en un volumen muy pequeño debido a la alta relación de área/volumen. Esto los convierte en candidatos ideales para este tipo de intercambio de calor.
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