En termodinámica de fluidos , un fluido de transferencia de calor es un gas o líquido que participa en la transferencia de calor sirviendo como intermediario en el enfriamiento en un lado de un proceso , transportando y almacenando energía térmica y calentando en el otro lado de un proceso. Los fluidos caloportadores se utilizan en innumerables aplicaciones y procesos industriales que requieren calentamiento o enfriamiento, generalmente en circuito cerrado y en ciclos continuos . El agua de refrigeración, por ejemplo, enfría un motor, mientras que el agua calentada en un sistema de calefacción hidrónica calienta el radiador de una habitación.
El agua es el fluido caloportador más común debido a su economía, alta capacidad calorífica y propiedades de transporte favorables. Sin embargo, el rango de temperatura útil está restringido congelando por debajo de 0 °C y hirviendo a temperaturas elevadas dependiendo de la presión del sistema . Los aditivos anticongelantes pueden aliviar hasta cierto punto el problema de la congelación. Sin embargo, se han desarrollado y utilizado muchos otros fluidos de transferencia de calor en una gran variedad de aplicaciones. Para temperaturas más altas, los fluidos a base de aceite o hidrocarburos sintéticos o silicona ofrecen una presión de vapor más baja . Las sales fundidas y los metales fundidos se pueden utilizar para transferir y almacenar calor a temperaturas superiores a 300 y 400 °C, donde los fluidos orgánicos comienzan a descomponerse. Gases como vapor de agua , nitrógeno , argón , helio e hidrógeno se han utilizado como fluidos caloportadores cuando los líquidos no son adecuados. En el caso de los gases, normalmente es necesario elevar la presión para facilitar mayores caudales con baja potencia de bombeo.
Para evitar el sobrecalentamiento, el fluido fluye dentro de un sistema o dispositivo para transferir el calor fuera de ese dispositivo o sistema en particular.
Generalmente tienen un alto punto de ebullición y una alta capacidad calorífica . El alto punto de ebullición evita que los líquidos caloportadores se vaporicen a altas temperaturas. La alta capacidad calorífica permite que una pequeña cantidad de refrigerante transfiera una gran cantidad de calor de manera muy eficiente.
Se debe garantizar que los líquidos caloportadores utilizados no tengan un punto de ebullición bajo. Esto se debe a que un punto de ebullición bajo provocará la vaporización del líquido a bajas temperaturas cuando se utilizan para intercambiar calor con sustancias calientes. Esto producirá vapores del líquido en la propia máquina donde se utilicen.
Además, los fluidos caloportadores deben tener una alta capacidad calorífica. La capacidad calorífica denota la cantidad de calor que el fluido puede retener sin cambiar su temperatura. En el caso de los líquidos, también muestra la cantidad de calor que el líquido puede retener antes de que su temperatura alcance su punto de ebullición y finalmente se vaporice.
Si el fluido tiene baja capacidad calorífica, significará que se necesitará una gran cantidad de fluido para intercambiar una cantidad relativamente pequeña de calor. Esto aumentará el costo del uso de fluidos de transferencia de calor y reducirá la eficiencia del proceso.
En el caso de fluidos caloportadores líquidos, el uso de su pequeña cantidad provocará su vaporización , lo que puede ser peligroso para el equipo donde se utilizan. Los equipos estarán diseñados para líquidos pero su vaporización incluirá vapores en el canal de flujo. Además, los gases ocupan mayor volumen que los líquidos a la misma presión. La producción de vapores aumentará la presión sobre las paredes de la tubería/canal por donde fluirá. Esto puede causar que el canal de flujo se rompa.
Los fluidos de transferencia de calor tienen distintas propiedades térmicas y químicas que determinan su idoneidad para diversas aplicaciones industriales. Las características clave incluyen:
Los fluidos de transferencia de calor son parte integral de diversas aplicaciones industriales, lo que permite un control preciso de la temperatura en los procesos de fabricación. En la industria alimentaria, son vitales para procesar carnes y snacks. Los procesos químicos a menudo dependen de ellos para reactores discontinuos y operaciones continuas. Los sectores del plástico, el caucho y los compuestos utilizan fluidos caloportadores en procesos de moldeo y extrusión. También son fundamentales en la síntesis y destilación petroquímica, el refinado de petróleo y gas, y para la conversión de materiales en prensas y operaciones de laminación. [3]
En las plantas de energía solar, los fluidos de transferencia de calor se utilizan en concentradores como Fresnel lineal y sistemas cilindroparabólicos para la generación eficiente de energía y el almacenamiento térmico. Las sales fundidas y los fluidos sintéticos de transferencia de calor se utilizan en función de su capacidad para funcionar en varios rangos de temperatura, contribuyendo a la generación de electricidad y a la fabricación de polisilicio para células fotovoltaicas. Estos fluidos ayudan en los pasos de purificación y enfriamiento de la producción de polisilicio, esencial para crear silicio de alta pureza para aplicaciones solares y electrónicas. [4]
La elección de un fluido de transferencia de calor es fundamental para la eficiencia y la longevidad del sistema. A continuación se muestran algunos líquidos de uso común: