La operación de transmisión de calor se trata de una operación común en el diseño de la Industria Química. Este operación tiene por objetivo la modificación de la temperatura de las sutancias que se quieren transformar para lograr un producto determinado. Para lograr el intercambio de temperatura se deben trabajar con equipos que puedan actuar como una fuente de energía (hornos y ebullidores) y otros que posibiliten la cesión de energía por parte de una corriente de elevada temperatura a otra de temperatura inferior (intercambiadores y condensadores).
La transferencia de calor se trata de una transferencia de energía que ocurre en forma de calor, si y solo si hay una diferencia de temperatura (gradiente de temperatura). De este modo, la fuerza impulsora de esta operación se trata de la diferencia de temperatura. El gradiente de temperatura es negativo, es decir, el flujo de calor siempre va desde un punto de mayor temperatura a uno de menos. La transferencia de calor describe la cantidad de calor que se transmite y la velocidad a la que se transmite el calor de un punto a otro (J/s)=(W).
Los mecanismos de transmisión de calor son:
Conducción. Este término se asocia a la palabra "contacto". En otras palabras, dos cuerpos a distintas temperaturas se encuentran en contacto.
Convección. Se trata del término que asocia la transmisión al "movimiento", uno de los fluidos que intercambia calor está en movimiento.
Radiacción. Término que describe el mecanismo de transmisión de calor en el vacío.
En el análisis y diseño de los equipos de transmisión de calor interviene numerosas carácterísticas. Es importante fijar la cantidad de energía transmitida, el nivel de temperatura porque no es lo mismo alcanzar 50ºC que 2000ºC en la corriente de salidas y la cinética del proceso.La cinética del proceso es una característica compleja porque depende del mecanismo de transporte, la diferencia de temepraturas entre el foco caliente y el foco frío, el régimen fluidodinámico de las corientes del fluido, la naturaleza de los materiales de construcción, superficie de contacto,etc.
Los intercambiadores de calor más comunes se basan en las siguientes configuraciones:
Tubos concéntricos. Un únco tubo concéntrico interno rodead de otro tubo concéntrico, por consiguiente, existen dos corrientes o fluidos. el fluido caliente, entra caliente y sale frío; y el fluido frío, entra frío y sale caliente. Existe dos posibles disposiciones de los fluidos, en paralero y en contracorriente.
Carcasa y tubo. Es una variable de la configuración anterior. Hay una transformación interior, pasa de un único tubo interios a un número determinado de tubos más pequeños provocando un aumento de superficie de contacto. Un tubo puede recorrer una o más veces el intercambiador de calor.
Flujo cruzado. Un fluido fluye a lo largo de intercambiador mientras un fluido perpendicularmente atraviera el haz de tubo. Existe dos tipos de configuraciones: ambos fluidos sin mezclar y flujo externo mezclado.
Los modelos de intercambiadores de calor en el software ASPEN son:
Heater. Intercambiador de calor básico.
HeatX. Contine algoritmos de transferencia de calor, un diseño más riguroso, balances de energía, caídas de presión, área de transferencia, velocidades, etc. Requiere dos corrientes (una caliente y una fría).
MHeatX. Posibilidad de trabajar con más corrientes.
MXFlux. Modela transferencia de calor convectiva entre un receptor de calor y una fuente de calor.