La radiación infrarroja como mecanismo de transferencia de calor de alta calidad en procesos de calentamiento

Infrared Radiation as Heat Transfer Mechanism of High Quality in Heating Processes

En este artículo se pretende abordar la radiación infrarroja como un mecanismo principal de transferencia de calor de alta calidad en diferentes procesos de calentamiento, resaltar la pertenencia y problemática en el uso, la caracterización y el diseño de las tecnologías propias accionadas por sistemas de combustión. Para esto, se resume su fenomenología, sus definiciones, suposiciones y soluciones; se abordan algunos métodos numéricos utilizados para la solución de la ecuación de transferencia de radiación (Radiative Transfer Equation (RTE)) y el acoplamiento de éstos a los códigos CFD (Computational Fluids Dynamics); como también los tipos de equipos radiantes utilizados con mayor frecuencia, en especial los tubo radiantes; al igual que ciertas metodologías experimentales usadas para caracterizar los sistemas radiantes, y algunas metodologías de diseño. Se encontró, que el modelo del flux y el de transferencias discretas son pertinentes para darle solución al fenómeno con ayuda de los códigos CFD, como también, que el elemento de medición principalmente utilizado en las mediciones experimentales es el radiómetro; y que la metodología de diseño más práctica puede ser la optimización.

1 INTRODUCCIÓN

Un trabajo realizado en el 2006 sobre el diagnóstico energético de las PYMES en la ciudad de Medellín-Colombia [1] mostró que en la gran mayoría de los equipos y de los sistemas térmicos utilizados, más aún en los procesos de baja temperatura (inferiores a los 400 ºC), persisten una gran variedad de problemas como: el alto grado de obsolescencia, la falta de control de las principales variables del proceso, la poca uniformidad en el calentamiento, las elevadas emisiones contaminantes, los sobrecostos de producción, y demás situaciones que también se repiten en los sistemas de combustión y calentamiento de países en vías de desarrollo, y que reducen e intervienen directamente en el correcto funcionamiento del sector industrial, y desde luego en la sociedad [2], [3].

En este sentido, el calentamiento por medio de la radiación infrarroja, se muestra como una alternativa viable para el progreso del sector productivo, no sólo por poder brindar mejores eficiencias en el sistema y calidad en los productos [4] sino también por ampliar las posibilidades para el uso de otros recursos energéticos, como los combustibles fósiles y de origen renovable, utilizando tecnologías más eficientes que permitan reducir los costos de producción. En general, dentro de los sectores en los cuales el uso de este tipo de tecnologías es relevante, se encuentran entre otros el sector del secado de papel, de cartón y de madera, la fabricación de elementos de porcelana; el sector de curado de tejas, la aplicación del teflón, la realización de recubrimientos en papeles y metales, el secado de tinta en papel, el secado de pinturas en polvo, la fabricación de plásticos; los sectores de horneado y de deshidratación en la preparación de alimentos, la fijación de colorantes en la producción de textiles y alfombras; el tratamiento de los desechos de residuos peligrosos, y el acondicionamiento de espacios en el levante de aves y cultivos de flores [5].