Procesos basados en transerencia de calor

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Capítulo 5
Procesos basados en transferencia de calor
Al diseñar un proceso es necesario estudiar los principios básicos que rigen la transferencia
de calor entre los sistemas. Prácticamente, todas las operaciones que tienen lugar en la
industria química conllevan la producción o absorción de energía en forma de calor. En los
procesos industriales se gasta mucho dinero calentandofluidos y, en muchas ocasiones, se
hace necesario recuperar el calor con el objeto de ahorrar combustible.
La forma en que el calor se transfiere así como la diversidad de los dispositivos en
los cuales estos fenómenos suceden hace que el campo de las aplicaciones sea bastante
extenso. En este capítulo, solo se van a considerar algunos procesos para los cuales se puede
simplificar su modo defuncionamiento, de manera que el lector pueda comprender la forma
en que operan los mismos sin necesidad de estar especializado en el tema.
La transferencia de calor entre (por lo menos) dos cuerpos que están en contacto a
diferentes temperaturas se da desde el objeto a mayor temperatura hacia el de menor
temperatura. En consecuencia, la temperatura del primer objeto decrece mientras que la delsegundo se incrementa. Los mecanismos de transferencia de calor son: conducción,
convección y radiación. Estos mecanismos pueden presentarse, en un determinado proceso,
en forma paralela o aislada, es decir, que puede haber transferencia de calor de distintas
formas simultáneamente o solo de una forma.
La conducción consiste en la transferencia de calor de un cuerpo a otro sin aparentemovimiento de las partículas del cuerpo, por lo que se le define como difusión de energía
debida a un movimiento molecular aleatorio. La conductividad térmica es la propiedad que
mide la capacidad de los materiales para transferir calor por conducción. Un ejemplo
sencillo de este mecanismo es el calor que se siente en uno de los extremos de cualquier
varilla metálica, cuando el otro extremo escalentado por algún medio (por un mechero o
una vela, por ejemplo). Los metales sólidos tienen valores elevados de conductividad
térmica.
Apuntes de Procesos Químicos para Ingeniería de Sistemas

Claudia S. Gómez Quintero

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La convección es un fenómeno macroscópico que puede ocurrir cuando actúan
fuerzas sobre una corriente de fluidos (o sobre una partícula) manteniendo su movimientofrente a fuerzas de fricción. Físicamente puede entenderse como una difusión de energía
debida a un movimiento molecular aleatorio más una transferencia de energía debida a un
movimiento de todo el volumen del fluido. El calentamiento y enfriamiento de gases y
líquidos son los ejemplos más habituales de transmisión de calor por convección.
Dependiendo de si el flujo del fluido es provocadoartificialmente o no, se distinguen dos
tipos: convección forzada y convección libre (también llamada natural). La convección
forzada implica el uso de algún medio mecánico, como una bomba o un ventilador, para
provocar el movimiento del fluido. Un ejemplo de este mecanismo se da cuando una
corriente de aire caliente, que emana de un horno, fluye a través de una habitación.
La radiación es eltérmino con el que se define la transferencia de calor en el
espacio a través de ondas electromagnéticas. Si el espacio que atraviesan las ondas está
vacío no habrá transformación de energía en forma de calor. Si hay algún cuerpo en ese
espacio, la radiación podrá ser transmitida, reflejada o absorbida por ese cuerpo. Solo la
radiación absorbida aparecerá como calor. Por ejemplo, una superficiepulida (como un
espejo) tiende a reflejar casi toda la radiación que le impacta. Una superficie oscura y rugosa
absorbe gran parte de la radiación y se calienta.
Las aplicaciones que se estudian seguidamente se basan en los mecanismos de
transferencia de calor explicados. En cada caso, se hace mención al principio de operación
así como a otros aspectos importantes en el funcionamiento de los...