Transfèrencia de calor

La termodinàmica és la branca de la física que estudia l’energia tèrmica i es basa en les anomenades lleis de la termodinàmiques que descriuen les seves propietats i com l’energia es transfereix i converteix en altres formes.

Les lleis de la termodinàmica són les següents:

  • Primera llei de la termodinàmica (Principi de la conservació de l’energia): l’energia total d’un sistema físic és constant, i la diferència entre l’energia inicial i final és igual a la quantitat d’energia que es transfereix o que es converteix en treball.
  • Segona llei de la termodinàmica (Principi de l’entropia): en una transacció termodinàmica, la quantitat total d’entropia d’un sistema i del seu entorn sempre augmenta o es manté constant.
  • Tercera llei de la termodinàmica (Principi de l’entropia zero): a una temperatura absoluta zero, l’entropia d’un sistema pur perfecte és zero.

Alguns dels principals factors que hem de tenir presents quan parlem de termodinàmica són la temperatura, la pressió, la quantitat de substància i l’entropia.

En aquest apartat parlem de l’equilibri tèrmic, la temperatura, la teoria cinètica dels gasos, la capacitat calorífica, el calor sensible, el calor latent, els canvis de fase, la capacitat calorífica d’un sòlid, la capacitat calorífica d’un gas, els sistemes adiabàtics, els tipus d’intercanvi de calor, la convecció, la conducció, la radiació, el diagrama psicromètric, etc. 

Tipologies de bescanviadors de calor

per

TIPOLOGIES DE BESCANVIADORS DE CALOR Existeixen moltes tipologies de bescanviadors de calor i múltiples maneres per classificar-los. En aquest article els classificarem en funció de: 1. Classificació per construcció. Contacte directe Contacte indirecte Bescanviadors de tubs Bescanviadors de plaques 2. Classificació per funcionament. Bescanviadors líquid-líquid Bescanviadors líquid-gas Bescanviadors gas-gas Bescanviadors per sòlids a granel Classificació per construcció Els bescanviadors de calor poden transferir l’energia en contacte directe, és a dir, mesclant completament els fluids, sent les torres de refrigeració un dels seus màxims exponents. Però aquest sistema pot implicar la transmissió de contaminants entre els dos fluids, fet que el fa contraindicat per la majoria de sistemes de refrigeració, recuperació d’energia, tractament de gasos, líquids i sòlids a granel. En aquests casos on cal mantenir els dos fluids separats, s’utilitza un sistema de contacte indirecte. Una construcció que disposa d’un element, sovint plaques o tubs, que fan de paret i mantenen els dos fluids separats. Dins dels bescanviadors per contacte indirecte, hi ha un cas especial, els recuperadors de calor rotatius, on els dos fluids recorren el mateix espai però de manera alternada, fet que podria provocar una lleugera mescla, però aquesta es considera pràcticament inapreciable. Focalitzant en les dues famílies principals del contacte indirecte, la de les plaques i la dels tubs, en termes generals, podem afirmar que per la mateixa potència, les plaques aconsegueixen un alt coeficient de transferència de calor en un espai molt compacte però, per contra, redueixen la superfície de pas dels fluids fent-los molt més susceptibles a l’embrutiment. Per contra, els tubs confereixen una superfície de pas dels fluids més àmplia, fent-los molt recomanables en ambients bruts, polsegosos, amb fluids enganxosos, viscosos o fins i tot amb sediments. És més difícil que s’obstrueixin i, per tant, també aporten una reducció en el cost de manteniment i neteja. Bescanviador de calor de tubs Els bescanviadors de calor de tubs estan formats per tubs cilíndrics, plans o ovals, concepció que és seleccionada en funció de les singularitats de cada sistema. Dins d’aquesta família hi trobem: Bescanviadors de calor de tubs llisos. Com que disposen d’una superfície d’intercanvi molt similar, tant a l’interior com a l’exterior dels tubs, és una construcció molt habitual quan parlem de fluids amb valors de calor específic similars. Així doncs, en aplicacions entre dos flux d’aire podem parlar dels clàssics bescanviadors de tubs llisos, mentre que en aplicacions on treballem amb aigua, fang, llet o sucs podem parlar de bescanviadors tubulars, multitubulars o pirotubulars, coaxials o de doble tub, i els de carcassa i tub. Bescanviadors de tubs i aletes. Són especialment fabricats per compensar la transferència d’energia entre dos fluids amb valors de calor específic diferents. És una situació habitual en sistemes on treballem, amb un flux de gas i altres fluids com aigua aigua sobreescalfada, oli tèrmic, refrigerant (amoníac, R134, R410a, etc.) o vapor. Per exemple, el calor específic del gas és d’entorn 1,214 kJ/m3·K mentre que el calor específic de l’aigua és de 4,186 kJ/m3·K. Això implica que l’aigua pot cedir quasi 4 vegades més calor del que l’aire pot absorbir i, la manera de corregir-ho és augmentant la superfície d’intercanvi del costat de l’aire mitjançant uns elements que anomenem aletes, xapes continues, transversals als tubs o xapes helicoïdals, enrotllades als tubs.        Bescanviador de calor de plaques Els bescanviadors de calor de plaques estan formats per plaques planes o corrugades. Aquí trobem construccions per aplicacions molt diferents: Bescanviador de plaques pillow. Tecnologia emergent, molt polivalent i eficient, amb una superfície en forma de coixí que li confereix el nom de pillow. La seva concepció permet, no només fer front a fluids viscosos, enganxosos i amb sediments, sinó que també pot ser utilitzada per transferir energia a sòlids granulats esdevenint una excel·lent alternativa als llits fluiditzats, reduint el consum energètic, minimitzant el rebuig, reduint la contaminació ambiental i, a l’aplicar l’energia uniformement, millora la qualitat del producte final. Bescanviador de flux creuat. Sistema de plaques molt utilitzat en la recuperació energètica d’àmbits com la climatització, integrats directament dins de centrals de tractament d’aire. Són un excel·lent sistema per buscar alts valors d’eficiència, però sempre tenint present que necessiten avançats filtres d’aire doncs, la seva forma compacta en dificulta la neteja.   Bescanviador de plaques soldades. Les plaques s’uneixen mitjançant soldadura, fet que impedeix la neteja interior i obliga a que només es puguin implementar en instal·lacions sense cap mena d’embrutiment. Bescanviadors de plaques i juntes. El sistema de juntes permet desmuntar les plaques, netejar-les i substituir-les. Aquest fet li dona més polivalència que el sistema soldat, però els canals per on passen els fluids segueixen sent molt petits i es poden obstruir amb certa facilitat, fent-los contraindicats davant de fluids viscosos, enganxosos o amb sediments.  Classificació per funcionament Els bescanviadors de calor són fabricats per transferir l’energia de manera òptima. Per aconseguir maximitzar-ne l’eficiència és essencial tenir en compte el tipus de fluids i les seves propietats. Un exemple en seria el cas anterior on hem vist l’intercanvi de calor entre el gas amb un calor específic de 1,214 kJ/m3·K i l’aigua amb un calor específic de 4,186 kJ/m3·K. De la mateixa manera trobem: Bescanviadors líquid-líquid. Aquí hi trobem els de plaques pillow, plaques soldades, plaques i juntes, tubs concèntrics, tubs coaxials i pirotubulars. Bescanviadors líquid-gas. Tubs llisos, tubs i aletes continues, tubs i aletes helicoïdals. Bescanviadors gas-gas. Multitubulars, tubs llisos i de flux creuat. Bescanviadors per sòlids a granel. Pillow plate.  Petits detalls constructius poden fer augmentar o disminuir les turbulències augmentant els coeficients d’intercanvi i fent que un mateix tipus d’equip pugui presentar diferències substancials entre un proveïdor o un altre. És per això que la inversió en I+D esdevé un factor clau per a l’evolució d’un sector cada vegada més reconegut per la seva contribució en termes d’eficiència, estalvi i sostenibilitat.

Conducció, convecció i radiació

per

CONDUCCIÓ, CONVECCIÓ I RADIACIÓ LA TRANSFERÈNCIA DE CALOR A LA NATURA A la natura trobem exemples fascinants de transferència de calor mitjançant conducció, convecció i radiació, tres mecanismes fonamentals en termodinàmica. Per exemple, imaginem-nos un matí d’estiu en una platja. A primera hora, l’aire es manté en calma perquè hi ha un equilibri tèrmic entre la temperatura de la massa d’aire sobre el mar i la de l’aire sobre la terra. A mesura que el Sol escalfa la superfície terrestre, la temperatura de l’aire sobre la terra augmenta més ràpid que la de l’aire sobre el mar. Això genera un contrast tèrmic: l’aire calent sobre la terra s’eleva, mentre que l’aire més fred del mar es desplaça cap a terra per ocupar el seu lloc. Aquest moviment de masses d’aire és un clar exemple de convecció tèrmica, el mateix principi que permet als globus aerostàtics elevar-se. Com més escalfa el Sol, més intensa és aquesta diferència tèrmica, fent que el vent de mar augmenti de velocitat. Aquest ascens d’aire càlid afavoreix la formació de petits núvols cúmuls i, si la diferència tèrmica és prou gran, poden aparèixer cumulonimbus, responsables de tempestes d’estiu sobtades. A diferència de la radiació, que transmet energia sense necessitat de contacte (com els raigs del Sol escalfant la sorra), la convecció depèn del moviment de fluids, com l’aire o l’aigua. Per altra banda, la conducció tèrmica ocorre quan dos objectes a diferent temperatura entren en contacte, per exemple, quan caminem descalços per la sorra calenta al migdia i notem com la calor es transmet als nostres peus. Així que, la propera vegada que siguis a la platja i notis que a migdia s’aixeca el vent de mar, pensa en BOIXAC, els especialistes en intercanvi tèrmic per a la indústria.

La qualitat ens importa, la teva privacitat també
Boixac Tech SL, a la seva pàgina web https://boixac.com, utilitza cookies i altres tecnologies similars que emmagatzemen i recuperen informació quan es navega. Aquestes tecnologies poden servir per a diferents finalitats, com ara el reconeixement dels usuaris i l'obtenció d'informació sobre els hàbits de navegació de l'usuari. Els usos específics que fem d'aquestes tecnologies es descriuen a la Política de Cookies. En aquest lloc web disposem de cookies pròpies i de tercers per accedir i registrar els formularis dels usuaris. La informació sobre les cookies es pot trobar al botó MÉS INFORMACIÓ de la Política de Cookies. D'acord amb l'ús de cookies aprovat el juliol de 2023, amb els criteris del Comitè Europeu de Protecció de Dades, (CEPD), pel RGPD-UE-2016/679, LSSI-CE-2002/21/CE, actualització, 09 /05/2023, demanem el vostre consentiment per a l'ús de cookies al nostre lloc web/aplicació. Clica aquí per llegir la nostra Política de Cookies.
Més informació Rebutjar Acceptar
La qualitat ens importa, la teva privacitat també
Tria quines cookies acceptes. En el cas de rebutjar-les, Boixac Tech SL no pot garantir la plena funcionalitat de la pàgina. La teva elecció serà guardada durant un any. Clica aquí per llegir la nostra Política de Cookies.
Guarda Rebutjar Acceptar