Intensificación de la transferencia de calor en ebullición convectiva

Intensification of heat transfer in convective boiling

Los procesos de cambio de fase en flujos en ebullición son procesos que tienen mayores coeficientes de película que los casos que involucran fluidos monofásicos. Existe un crecimiento exponencial de la demanda de eficiencia de los sistemas térmicos, especialmente para las aplicaciones de refrigeración, aire acondicionado y generación de energía por vapor. Esto se debe a los aumentos en los precios de combustibles y al aumento de normas en el uso eficiente de la energía como consecuencia del cambio climático y los ahorros en infraestructura energética. Dado el creciente interés en las últimas décadas en las técnicas de intensificación de calor, el presente trabajo muestra las técnicas pasivas y activas más utilizadas en la intensificación de calor que son utilizadas para mejorar el intercambio de calor mediante ebullición convectiva.

Introducción

Los procesos de cambio de fase son de gran interés en la industria debido a sus infinitas aplicaciones. Para mencionar algunas de ellas, podemos referirnos a los procesos de ebullición en calderas, expansión de vapor en una turbina, evaporación de refrigerantes en sistemas de refrigeración, entre muchos otros [1].

Aunque los sistemas de intercambio de calor que trabajan con flujos que cambian de fase tienen altos coeficientes de película en comparación con equipos de intercambio de calor con flujos de una sola fase, muchas tecnologías están actualmente en desarrollo en el laboratorio, que son prometedoras e interesantes pensando a un futuro próximo, debido a sus impactos sobre el rendimiento energético, reducción de tamaño y costo de los equipos [2].

La eficiencia de los intercambiadores de calor depende del tipo de material empleado. Hoy en día existe un avance tecnológico en el tipo de materiales que se utilizan para este propósito, los cuales cuentan con ciertas ventajas con respecto a otros materiales tradicionales. Los materiales empleados actualmente permiten que se tenga un menor peso en un mismo volumen, que se absorba más calor por unidad de volumen y en general que se contribuya al ahorro de energía convencional. Es de resaltar que la intensificación de transferencia de calor ayuda a controlar las condiciones térmicas de los equipos, que, junto con el ahorro de energía y materiales constructivos, son determinantes en el desempeño de los sistemas de intercambio de calor [3].

Los sistemas de intercambio de calor pueden ser encontrados en muchos sistemas químicos o mecánicos, con el objetivo de ganar o rechazar calor en diversos procesos que involucran aplicaciones a nivel residencial, industrial y comercial. Frecuentemente utilizados en aplicaciones de calentamiento, ventilación, sistemas de acondicionamiento de aire acondicionado, calderas, condensadores, radiadores de motores de combustión interna y precalentadores o enfriadores de fluidos [4].

Debido  a los problemas energéticos y ambientales de la actualidad [5], se implementó la norma de gestión de la energía ISO 50001 en todo el mundo, que establece como objetivo principal el mejoramiento de los sistemas de gestión de energía en las organizaciones, para así mejorar la eficiencia energética, la seguridad energética y el uso y consumo de la energía desde un enfoque sistemático [6]. Este uso eficiente de la energía es una necesidad que debe ser aplicada y lograda en todos los sistemas  que demanden algún tipo de energía.