Bescanviador de calor

Aquest article tracta sobre l'intercanviador de calor. Si cerqueu l'Intercanviador de passatgers, vegeu «Centre d'intercanvi modal».

Un bescanviador o intercanviador de calor és un dispositiu dissenyat per a transferir calor entre dos mitjans que estiguin separats per una barrera, o que es troben en contacte.^[1] Són part essencial dels dispositius de refrigeració, condicionament d'aire, producció d'energia i processament químic.

Un bescanviador típic és el radiador del motor d'un automòbil, en el qual el fluid refrigerant, escalfat per l'acció del motor, es refrigera pel corrent d'aire que flueix sobre ell i, al seu torn, redueix la temperatura del motor tornant a circular a l'interior d'aquest.

Els bescanviadors de calor es poden classificar en:

• Bescanviadors de contacte directe: són aquells dispositius en què els fluids es mesclen completament.
• Bescanviadors de contacte indirecte:
  • Alternatius: dos fluids recorren un mateix espai de manera alternada, la barreja entre els fluids és menyspreable.
  • De superfície: són equips en els quals la transferència de calor es realitza a través d'una superfície, cilíndrica o plana, sense permetre el contacte directe.

Hi ha dos tipus de bescanviadors de contacte indirecte: els canviadors de flux paral·lel (intercanvi líquid - líquid) i els bescanviadors de flux creuat (intercanvi líquid - gas).

Els intercanviadors de fluxos paral·lels s'utilitzen generalment per a l'intercanvi tèrmic líquid-líquid, mentre que els de fluxos creuats s'utilitzen generalment en l'intercanvi líquid-gas.

L'intercanviador indirecte més simple és l'intercanviador de tubs concèntrics; consta de dues canonades concèntriques, una a l'interior de l'altra, circulant els dos fluids per l'espai anular i per la canonada interior. Els fluxos poden ser en el mateix sentit (corrents paral·lels) o en sentit contrari (a contracorrent).^[2]

La conducció és la forma en què té lloc la transferència d'energia a escala molecular. Quan les molècules absorbeixen energia tèrmica vibren sense desplaçar-se, augmentant l'amplitud de la vibració a mesura que augmenta el nivell d'energia. Aquesta vibració es transmet d'unes molècules a altres sense que tingui lloc cap moviment de translació. En la transmissió de calor per conducció no hi ha moviment de matèria. La conducció és el mètode més habitual de transmissió de calor en processos d'escalfament / refredament de materials sòlids opacs. Si hi ha un gradient de temperatura en un cos, tindrà lloc una transmissió de calor des de la zona d'alta temperatura cap a la que està a temperatura més baixa. El flux de calor és proporcional al gradient de temperatura.

Quan un fluid circula al voltant d'un sòlid, per exemple per l'interior d'una canonada, si hi ha una diferència de temperatura entre els dos, té lloc un intercanvi de calor entre ells. Aquesta transmissió de calor es deu al mecanisme de convecció. L'escalfament i refredament de gasos i líquids són els exemples més habituals de transmissió de calor per convecció. Depenent de si el flux del fluid és provocat artificialment o no, es distingeixen dos tipus de convecció: forçada i lliure (també anomenada natural). La convecció forçada implica l'ús d'algun mitjà mecànic, com una bomba o un ventilador, per a provocar el moviment del fluid. Tots dos mecanismes poden provocar un moviment laminar o turbulent del fluid.

Els equips per al processament d'aliments se solen aïllar per a minimitzar les pèrdues de calor cap a l'entorn. Si no s'aïllen, els equips poden tenir pèrdues de calor per qualsevol dels tres mecanismes de transmissió de calor: conducció, convecció o radiació. Les pèrdues de calor per conducció a través de l'aire solen ser petites per la seva baixa conductivitat (k_aire = 0,0258 W / mK a 30 °C). Les pèrdues de calor per convecció són més importants, ja que els corrents de convecció es desenvoluparan fàcilment si hi ha una diferència de temperatura entre el cos i el seu entorn. Cal aïllar per a disminuir el flux de calor entre un objecte i els seus voltants. El material aïllant ha de tenir baixa conductivitat tèrmica i capacitat per frenar els corrents de convecció. Els materials més utilitzats per aïllar inclouen el suro, sals de magnesi, la llana de vidre i el poliestirè expandit. En el passat es va utilitzar molt l'asbest per les seves bones propietats aïllants, però la fibra d'asbest es va mostrar causant de càncer i ja no s'utilitza. Actualment es fabriquen peces de magnèsia i altres aïllants de fàcil instal·lació sobre canonades i altres equips.

• Bescanviador de calor dinàmic de superfície gratada
• Intercanviador de calor marí

A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Bescanviador de calor

• Sistema hermètic integrat de captura i intercanvi tèrmic^{[Enllaç no actiu]} (castellà)
• Aplicacions dels intercanviadors de calor a plaques (castellà)
• Script de Calor i Fred d'Enginyeria Mecànica, des de la pàgina 55, 4º Tema Intercanviadors de calor (castellà)