Fundamentos de Transferencia de Calor y Clasificación de Calderas Industriales
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Parámetros Adimensionales en la Transferencia de Calor
El Número de Biot (Bi)
El significado físico del número de Biot se comprende mejor si se expresa en la forma:
Bi = h / (ks / Ls)
De esta manera, el número de Biot representa la relación entre el coeficiente de transferencia de calor por convección y la conductancia del sólido sobre la longitud característica.
Analogía de Reynolds-Colburn y el Número de Stanton
La analogía de Reynolds-Colburn relaciona el coeficiente de arrastre local (Cx) con el número de Stanton local (Stx) en un flujo laminar sobre una placa plana.
Por otro lado, el número de Reynolds (Re) se utiliza fundamentalmente como criterio para determinar la transición de un flujo de régimen laminar a turbulento.
El Número de Nusselt (Nu)
El número de Nusselt se puede interpretar como la razón entre la transferencia de calor por convección y la transferencia por conducción a través de una capa de líquido de espesor L. Basándose en esta interpretación, un valor del número de Nusselt igual a cero implicaría teóricamente que no existe transferencia por convección.
El Número de Eckert (Ec)
El número de Eckert se ha convertido en el criterio principal para decidir si los efectos de la disipación viscosa de la energía deben ser considerados en el análisis de la transferencia de calor.
Radiación Térmica y el Cuerpo Negro
Un cuerpo negro es un objeto ideal que absorbe toda la radiación incidente procedente de todas las direcciones y en todas las longitudes de onda, sin reflejar, transmitir o difundir energía. A una temperatura y longitud de onda dadas, ningún otro cuerpo puede emitir más radiación que un cuerpo negro.
Sistemas de Generación de Vapor: Calderas
Las calderas son dispositivos diseñados para generar vapor o calentar fluidos mediante diversas configuraciones:
Clasificación General
- Fuente de calor: Puede provenir de la combustión directa o de la recuperación de gases de escape de un motor de combustión interna.
- Posición de la cámara de combustión: Interior o exterior.
- Forma y posición de los tubos: Rectos, cuadrados, angulares, en serpentín, inclinados o verticales.
- Materiales de construcción: Acero, cobre, hierro, aleaciones especiales, materiales refractarios, lana mineral y aluminio.
- Ubicación: Fijas o móviles.
Características de las Calderas Pirotubulares
En estos sistemas, se produce el paso de los productos de combustión a través de los tubos. Sus características principales incluyen:
- Diseño de forma cilíndrica con superficies planas.
- Configuración de tubos de fluido térmico y tubos de humo (fuego).
- Cámara trasera con espejo.
- Gran volumen de fluido térmico.
Ventajas y Desventajas
Ventajas
- Son equipos compactos.
- Tiempo de procesamiento reducido.
- Facilidad de limpieza y mantenimiento.
- Sustitución sencilla de las tuberías.
- Menos sensibles a las fluctuaciones de carga durante periodos de punta.
- Líneas de productos económicas hasta 18 ton/h.
Desventajas
- Puesta en marcha o comienzo lento.
- Operación limitada a presiones bajas y medias.
- Producción de fluido térmico de nivel bajo a medio.
- Necesidad de quemadores de 2 o 3 pasos para obtener mayores rendimientos y presiones.