Análisis de las propiedades térmicas de los fluidos

Propiedades físicas de los fluidos de trabajo

El departamento de I+D+i de SACOME continúa ofreciendo a sus clientes un servicio de análisis de las propiedades físicas de sus fluidos de trabajo. El objetivo de dicho análisis es la correcta caracterización de aquellas propiedades que tienen una influencia directa en el proceso de transferencia de calor. Las propiedades a las que nos referimos son: calor específico, conductividad térmica y viscosidad.

El punto de partida en el diseño de cualquier sistema de intercambio térmico es la definición de cómo evolucionan estas propiedades térmicas a lo largo de proceso, bien sea de calentamiento o enfriamiento. Una definición incorrecta de las mismas puede dar lugar a un diseño ineficiente o inadecuado.

Parámetros de diseño afectados por las propiedades térmicas

En particular, en los intercambiadores de calor tubulares hay dos parámetros de diseño que se ven directamente afectados por las propiedades térmicas que hayan sido consideradas:

• Área de intercambio requerida. Las propiedades térmicas determinan (junto con otros parámetros del proceso) el régimen de funcionamiento del equipo, que se obtiene a partir de diferentes números adimensionales como son el número de Reynolds, el número de Prandtl o el número de Rayleigh, entre otros. Los coeficientes de transferencia de calor son muy diferentes en función de que el flujo se encuentre en régimen laminar, en transición o en régimen turbulento. Por lo tanto, una adecuada caracterización de las propiedades permite optimizar el área de intercambio del equipo. Por tanto, ayuda al diseñador a ajustar el tamaño del intercambiador de calor y, con ello, su precio.

• Pérdida de carga estimada. Aunque su obtención también depende del régimen de funcionamiento (laminar, transición o turbulento), en este caso el parámetro determinante es la viscosidad. En general, la viscosidad depende fuertemente de la temperatura, por lo que la suposición de un valor constante de temperatura puede implicar un cálculo de pérdida de carga erróneo cuando el rango de calentamiento o enfriamiento es amplio. La consecuencia directa será un mal dimensionado del intercambiador de calor tubular, así como del resto de elementos de la instalación, como bombas, válvulas, etc.

Caracterización de las propiedades térmicas de los fluidos

En SACOME tenemos acceso a equipos de medida y personal altamente cualificado. Este hecho nos permite caracterizar las propiedades térmicas de los fluidos de manera fiable y precisa, a partir de una pequeña muestra de producto:

• Calor específico. Gracias a un calorímetro diferencial de barrido podemos aplicar un método de temperatura modulada en el que la muestra se calienta en diferentes etapas de unos pocos grados, separadas por períodos isotermos, y con una rampa de calentamiento expresada en ºC/min. La calibración del flujo de calor permite una medida exacta del calor específico a bajas y a altas temperaturas.

• Conductividad térmica. Se puede obtener por medición indirecta de la difusividad térmica, aplicado la técnica de Flash Láser (LFA), o por medición directa por contacto mediante sensor invertido, que además realiza mediciones de efusividad. El equipo permite realizar también medidas a diferentes temperaturas.

• Viscosidad. Un gran número de productos procesados en el sector alimentario, así como muchos compuestos residuales procedentes de todo tipo de industrias, muestran un comportamiento No Newtoniano. Por tanto,la viscosidad varía no sólo con la temperatura, sino también con el esfuerzo de cizalladura (relacionado directamente con la velocidad de paso y diámetro de la tubería). Para una correcta caracterización de estos fluidos es necesario realizar un estudio reológico, mediante un reómetro con la geometría adecuada, y haciendo un barrido de velocidad de cizalla. Aplicando las precauciones preceptivas para que la muestra no se deseque, este estudio puede realizarse en un amplio rango de temperaturas.