Heat treatment of steel products as an example of transport phenomenon in porous media

El tratamiento térmico de productos siderúrgicos como ejemplo de fenómeno de transporte en medios porosos

El artículo define el concepto de carga porosa y presenta su clasificación general. Se discuten los mecanismos de transferencia de calor que tienen lugar en este tipo de carga durante el tratamiento térmico como ejemplo de fenómeno de transporte. La principal propiedad térmica de la carga porosa es la conductividad térmica efectiva k_ef, que corresponde a la conductividad térmica de las sustancias homogéneas. La introducción del concepto de conductividad térmica efectiva facilita sustancialmente el análisis de los complejos procesos de flujo de calor relacionados con el tratamiento térmico de la carga porosa.

INTRODUCCIÓN

Los fenómenos de transporte en diferentes medios porosos han atraído la atención de científicos e ingenieros debido a sus múltiples aplicaciones técnicas y prácticas. Uno de los ejemplos de estos fenómenos son los procesos de transferencia de calor. Las áreas y aplicaciones donde el estudio de la transferencia de calor en medios porosos se hace obligatorio son: extracción de energía geotérmica, libras de soar, conservación de alimentos, entorno de edificios, electrónica de microestructuras, calentamiento global, pantalones de potencia, reactores nucleares refrigerados por gas, reactores catalíticos y aislamientos criogénicos de alto rendimiento [1].

Debido a su estructura, los medios porosos se clasifican en dos grupos básicos [2]: intergranulares-intragranulares y fracturados, mientras que en cuanto a la forma de la fase sólida se dividen en materiales celulares (la fase sólida es continua) y granulares (la fase sólida es discreta) [3].

En la práctica industrial existe otro ámbito en el que tienen lugar procesos de transferencia de calor en medios porosos. Se trata del tratamiento térmico de cargas porosas de acero. Estos tipos de carga son estructuras bifásicas que consisten en un esqueleto metálico de la fase sólida y los huecos que están llenos de gas. El trabajo presentado consiste en la caracterización y clasificación general de la carga porosa y la discusión de los fenómenos que determinan sus procesos de calentamiento y enfriamiento.

CARGA POROSA DEL ACERO

Se consideran cargas porosas los productos sometidos a tratamientos térmicos que se caracterizan por la presencia de espacios vacíos (poros) en su volumen. Estos espacios se llenan con el medio fluido que crea la atmósfera del horno en el que se realiza el tratamiento térmico. En general, hay tres tipos de carga porosa: bobinas, haces y carga en piezas. En las bobinas se calientan láminas, cintas, alambres y piezas en bruto. En la figura 1 se presentan dos ejemplos típicos de esta carga, las bobinas de chapas y alambres. Los segundos grupos son haces de productos largos. Este tipo de carga puede dividirse a su vez en dos subcategorías: carga con porosidad externa o con porosidad mixta. El primer grupo está formado por haces de varios tipos de barras (figura 2). La carga con porosidad mixta está formada por componentes huecos, como tubos o secciones rectangulares (figura 3).