Febrero 2016
Mecanismos
TRANSFERENCIA DE CALOR
• Modos de transferencia de calor
• La termosolar despega a pesar de las dificultades • Un sistema de conducción de calor diez mil veces mejor
Carta EDITORIAL
Los mecanismos de transferencia de energía son procesos por los cuales se transfiere energía en forma de calor entre distintos cuerpos, o entre diferentes partes de un mismo cuerpo que están a distinta temperatura. El calor se transfiere mediante convección, radiación o conducción. Aunque
estos
simultáneamente,
tres
procesos
puede
pueden
ocurrir
que
tener uno
de
lugar los
mecanismos predomine sobre los otros dos. Por ejemplo, el calor se transmite a través de la pared de una casa fundamentalmente por conducción, el agua de una cacerola situada sobre un quemador de gas se calienta en gran medida por convección, y la Tierra recibe calor del Sol casi exclusivamente por radiación.
EDITORIAL CIENCIA Y TECNOLOGIA EDITORA Evelyn V Diseño Grafico Evelyn V Venezuela
ÍNDICE ANTECEDENTES
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Modos de transferencia de calor
APLICACIONES
05
Intercambiadores de calor
AVANCES
07 09
La termosolar despega a pesar de las dificultades Un sistema de conducción de calor diez mil veces mejor
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ANTECEDENTES
Modos de transferencia de calor Se acepta de manera general que el calor se transmite de tres modos diferentes, que se designan como conducción, convección y radiación. Estas tres formas de transferencia son las más sencillas que se pueden considerar aisladamente, si bien en la práctica, lo normal es que se produzcan simultáneamente al menos dos de ellas, con lo que los fenómenos resultan más complejos de estudiar. Conducción. La transmisión de calor por conducción puede realizarse en cualquiera de los tres estados de la materia: sólido líquido y gaseoso. La conducción es básicamente un mecanismo de cesión de energía entre partículas contiguas. La energía de las moléculas aumenta al elevarse la temperatura. Esta energía puede pasar de una molécula a otra contigua y de esta a la siguiente y así sucesivamente ya se por choque entre partículas, en los fluidos o por vibraciones reticulares en los sólidos. 04
Convección. En contraposición con la conducción, la convección implica transporte de energía y de materia, por lo tanto, esta forma de transmisión de calor es posible solamente en los fluidos y es además característica de ellos. Radiación. La radiación térmica es la energía emitida por la materia que se encuentra a una temperatura finita. Centraremos nuestra atención en la radiación de superficies sólidas, si bien esta radiación también puede provenir de líquidos o gases. ENERGÍA SOLAR Transferencia de calor - 5 En la radiación térmica, el calor se transmite mediante ondas electromagnéticas, al igual que la luz, pero de distintas longitudes de onda. La energía radiante depende de las características de la superficie y de la temperatura del cuerpo emisor. Al incidir sobre un receptor, parte de la energía pasa a este otro cuerpo, dependiendo de las características del mismo y de su poder de absorción. Esta energía se traduce en un aumento de la temperatura del segundo cuerpo. La transferencia de calor por radiación involucra únicamente el transporte de energía, no necesita un soporte material, efectuándose incluso en el vacío.
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APLICACION
Intercambiador DE CALOR
Un de calefacción, cualquier caldera, el condensador de una máquina frigorífica, etc. intercambiador es un equipo en el cual se produce dicha transferencia de calor, de un fluido o foco caliente a otro menos caliente de forma interesada y controlada. Aunque hay tres tipos posibles de transmisión de calor (conducción, convección y radiación), en los intercambiadores se realiza sólo por conducción y convección. Son intercambiadores de calor: los radiadores
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Los intercambiadores de calor tienen múltiples aplicaciones siempre referidas al intercambio térmico entre dos o más fluidos. Entre sus aplicaciones cabe destacar: Calentadores. Enfriadores. Evaporadores. Condensadores. Recuperadores. En el sector residencial son equipos imprescindibles en el campo de laclimatización y obtención de A.C.S. Recuperadores de energía en instalaciones de climatización y ACS Recuperador de energía del aire de retorno El calor residual del aire de retorno cuya procedencia es la ventilación del edificio, se emplea para precalentar el aire de impulsión mediante recuperadores. Los más utilizados son los estáticos y los rotativos de aire-aire. Estos dispositivos de recuperación de calor son siempre obligatorios en los subsistemas en los que el caudal de aire exterior es superior a 3m3/s, salvo cuando su régimen de funcionamiento sea inferior a 1.000 horas anuales. Recuperación de calor de purgas El agua evacuada en las purgas de calderas de vapor, está a elevada temperatura. Instalando un depósito de expansión se separan la fase líquida y la fase vapor. Mediante la instalación de un recuperador, normalmente de placas por su mayor facilidad de limpieza, se aumenta la temperatura del agua de reposición. Recuperación de calor de los gases: Economizadores Se puede recuperar, tanto el calor sensible como latente, de los gases producto de la combustión. Los economizadores, se utilizan, fundamentalmente, comoprecalentadores, tanto del agua de alimentación, (en el caso de un generador de vapor), como del agua de retorno en un generador de fase líquida o del aire necesario para la combustión. Tienen limitaciones dependiendo del tipo de combustible, según su contenido en azufre y poder calorífico inferior. Los materiales empleados deben presentar gran resistencia a la corrosión y a las altas temperaturas. Los intercambiadores utilizados son, habitualmente de tubos y aletas. El agua circula por ellos y son atravesados por los humos a contracorriente cruzada. Recuperación de calor de condensación La forma habitual es la instalación de un segundo condensador condensado por agua. El primero, condensado por agua o aire, funciona solo en régimen de producción de frío, el segundo en régimen de recuperación de calor. La aplicación más normal es la producción de ACS ya que en periodo de verano no suele existir otras aplicaciones. Esto conlleva el ahorro energético de no tener funcionando los ventiladores, si es condensado por aire, o de las torres de refrigeración y las bombas del circuito si es condensado por agua. Si el intercambiador se sitúa antes del condensador, en la descarga del compresor, la temperatura del agua obtenida es mayor aunque el calor recuperado es mucho menor.
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AVANCES
La termosolar despega a pesar de las dificultades La radiación del sol llega a un dispositivo con agua, la calienta y después se almacena y distribuye por toda la casa. Se trata de la instalación termosolar más sencilla, cada vez más habitual para obtener agua caliente sanitaria en los hogares. Este tipo de energía solar térmica se denomina ‘de baja temperatura’, pero existe otra a escala industrial, ‘de alta temperatura’, en la que España se ha convertido en pocos años en líder mundial. La primera central solar termoeléctrica, denominada PS10, se puso en marcha en febrero de 2007 en Sanlúcar la Mayor (Sevilla) y a finales de 2011 ya operaban otras 26 con una capacidad de producción de electricidad de 1.100 megavatios. Cerca de la mitad de toda la potencia instalada en el mundo con esta tecnología se localiza en suelo español y son empresas españolas las que promueven, construyen y gestionan la casi totalidad de los proyectos termosolares a nivel internacional. Esta industria ha contribuido al PIB español a lo largo de 2008, 2009 y 2010 con 723, 1.182 y 1.650 millones de euros, respectivamente, según un estudio de la consultora Deloitte. Sobre el año 2020 los proyectos termosolares podrían aportar 3.516 millones de euros al año, además de ahorrar la importación de casi 141.000 toneladas equivalentes de petróleo y evitar la emisión de grandes cantidades de gases de efecto invernadero (más de 2 millones de toneladas en 2011). Pero estas previsiones se han visto afectadas por la decisión del Gobierno de suspender temporalmente los incentivos económicos a las energías renovables.
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empresas del sector. Batalla dialéctica termosolar Sin embargo la suspensión de nuevas centrales no va a afectar a los proyectos termosolares en marcha ni a los prerregistrados. Entre las instalaciones que ya operan, las que se están construyendo y las autorizadas, se admite que produzcan unos 2.400 megavatios en 2013, una decisión que ha destapado la caja de los truenos entre las grandes eléctricas. La decisión de mantener lasinstalaciones termosolares en marchaypreregistradas ha destapado la caja de los truenos entre las grandes eléctricas. El presidente de Iberdrola, Ignacio Galán, ha solicitado frenar la construcción de las plantas termosolares por ser “económicamente ineficientes” y ha advertido que esta tecnología puede provocar una nueva “burbuja” como la fotovoltaica.
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UN SISTEMA DE CONDUCCIÓ N DE CALOR DIEZ MIL VECES MEJOR Un grupo de científicos de Finlandia ha dado un paso de gigantes hacia los ordenadores cuánticos al desarrollar un nuevo sistema de transferencia de calor. La innovación, publicada en Nature Physics, podría tener implicaciones revolucionarias en diferentes áreas. De acuerdo con el director de la investigación, el físico Mikko Möttönen, el trabajo se basa en conducción cuántica de calor limitado, un nombre muy pomposo para decir la forma más eficaz de transferencia de calor. Claro que dicho así no parece mucho, pero cuando hablamos de ordenadores cuánticos, una máquina que se basara en atomos y moleculas hacer cálculos, la cantidad de calor desprendida será enorme. Möttönen y su equipo desarrollaron una línea de transmisión con cero resistencia eléctrica que transporta calor en forma de fotones. (luz infrarroja por ejemplo). El equipo midió los cambios de temperatura en una distancia de un metro, lo que significa un aumento de diez mil veces sobre intentos anteriores. “Un metro es una distancia enorme en este contexto – explica Mottonen – nadie quiere construir un procesador de este tamaño. Aún así nosotros hemos conseguido que el calor se disipe de un modo novedoso y a una distancia antes inimaginable”.
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Los ordenadores cuánticos permitirán el desarrollo acelerado de la inteligencia artificial, contribuirán a crear modelos para testar medicamentos en tiempos récords, por lo tanto, la neurología, la genética, la biología y muchas otras ciencias se verán beneficiadas. Pero para ello, la disipación del calor era un paso ineludible, que ahora se ha conseguido.
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