Un radiador es un intercambiador de calor que se utiliza para transferir energía térmica de un medio a otro con el fin de enfriar y calentar. La mayoría de los radiadores están construidos para funcionar en automóviles , edificios y aparatos electrónicos .
Un radiador es siempre una fuente de calor para su entorno, aunque puede tener el propósito de calentar un ambiente o enfriar el fluido o refrigerante que se le suministra, como para el enfriamiento de motores de automóviles y las torres de enfriamiento seco HVAC . A pesar del nombre, la mayoría de los radiadores transfieren la mayor parte de su calor por convección en lugar de radiación térmica . [ cita necesaria ]
El hipocausto romano es un ejemplo temprano de un tipo de radiador para calentar espacios en edificios. A Franz San Galli , un hombre de negocios ruso nacido en Prusia que vive en San Petersburgo , se le atribuye la invención del radiador de calefacción alrededor de 1855, [1] [2] habiendo recibido una patente de radiador en 1857, [3] pero el estadounidense Joseph Nason desarrolló un primitivo radiador en 1841 [4] y recibió varias patentes estadounidenses para calefacción por agua caliente y vapor. [4]
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La transferencia de calor desde un radiador se produce mediante dos mecanismos: radiación térmica y convección en un flujo de aire o líquido. La conducción no suele ser una fuente importante de transferencia de calor en los radiadores. Un radiador puede incluso transferir calor mediante cambio de fase , por ejemplo, secando un par de calcetines. En la práctica, el término "radiador" se refiere a cualquiera de varios dispositivos en los que un líquido circula a través de tuberías expuestas (a menudo con aletas u otros medios para aumentar la superficie). El término " convector " se refiere a una clase de dispositivos en los que la fuente de calor no está expuesta directamente.
Para aumentar la superficie disponible para el intercambio de calor con el entorno, un radiador tendrá múltiples aletas, en contacto con el tubo que transporta el líquido bombeado a través del radiador. El aire (u otro fluido exterior) en contacto con las aletas elimina el calor. Si el flujo de aire está obstruido por suciedad o daños en las aletas, esa parte del radiador no será efectiva para la transferencia de calor.
Los radiadores se utilizan habitualmente para calentar edificios en el continente europeo. En un sistema de calefacción central radiante , se genera agua caliente o, a veces, vapor en una caldera central y se hace circular mediante bombas a través de radiadores dentro del edificio, donde este calor se transfiere al entorno.
En algunos países, los radiadores portátiles son comunes para calentar una sola habitación, como una alternativa más segura a los calefactores y termoventiladores .
Los radiadores se utilizan en torres de enfriamiento secas y torres de enfriamiento de circuito cerrado para enfriar edificios utilizando enfriadores enfriados por líquido para calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC) mientras se mantiene el refrigerante del enfriador aislado del entorno.
Los radiadores se utilizan para enfriar motores de combustión interna , principalmente en automóviles, pero también en aviones con motor de pistón , locomotoras , motocicletas , plantas de generación estacionarias y otros lugares donde se utilizan motores térmicos ( embarcaciones , que tienen un suministro ilimitado de agua exterior relativamente fría, normalmente se utilizan intercambiadores de calor líquido-líquido ).
Para enfriar el motor térmico, se hace pasar un refrigerante a través del bloque del motor , donde absorbe el calor del motor. Luego, el refrigerante caliente se alimenta al tanque de entrada del radiador (ubicado en la parte superior del radiador o a lo largo de un lado), desde donde se distribuye a través del núcleo del radiador a través de tubos hasta otro tanque en el extremo opuesto del radiador. . A medida que el refrigerante pasa a través de los tubos del radiador en su camino hacia el tanque opuesto, transfiere gran parte de su calor a los tubos que, a su vez, transfieren el calor a las aletas que se alojan entre cada fila de tubos. Luego, las aletas liberan el calor al aire ambiente. Se utilizan aletas para aumentar considerablemente la superficie de contacto de los tubos con el aire, aumentando así la eficiencia del intercambio. El líquido enfriado regresa al motor y el ciclo se repite. Normalmente, el radiador no reduce la temperatura del refrigerante a la temperatura del aire ambiente, pero aún así está lo suficientemente enfriado para evitar que el motor se sobrecaliente.
Este refrigerante suele ser a base de agua, con la adición de glicoles para evitar la congelación y otros aditivos para limitar la corrosión , la erosión y la cavitación . Sin embargo, el refrigerante también puede ser un aceite. Los primeros motores utilizaban termosifones para hacer circular el refrigerante; Hoy en día, sin embargo, todos los motores, excepto los más pequeños, utilizan bombas . [5]
Hasta la década de 1980, los núcleos de los radiadores solían estar hechos de cobre (para las aletas) y latón (para los tubos, colectores y placas laterales, mientras que los tanques también podían estar hechos de latón o plástico , a menudo una poliamida ). A partir de la década de 1970, el uso de aluminio aumentó y finalmente se hizo cargo de la gran mayoría de las aplicaciones de radiadores de vehículos. Los principales incentivos para el aluminio son la reducción de peso y coste. [ cita necesaria ]
Dado que el aire tiene una menor capacidad calorífica y densidad que los refrigerantes líquidos, se debe soplar un caudal volumétrico bastante grande (en relación con el del refrigerante) a través del núcleo del radiador para capturar el calor del refrigerante. Los radiadores suelen tener uno o más ventiladores que soplan aire a través del radiador. Para ahorrar el consumo de energía del ventilador en los vehículos, los radiadores suelen estar detrás de la rejilla en la parte delantera del vehículo. El aire ram puede proporcionar una parte o la totalidad del flujo de aire de refrigeración necesario cuando la temperatura del refrigerante permanece por debajo de la temperatura máxima diseñada para el sistema y el ventilador permanece desconectado. [ cita necesaria ]
A medida que los dispositivos electrónicos se vuelven más pequeños, el problema de dispersar el calor residual se vuelve más difícil. Se utilizan pequeños radiadores conocidos como disipadores de calor para transportar el calor de los componentes electrónicos a una corriente de aire de refrigeración. Los disipadores de calor no utilizan agua, sino que conducen el calor desde la fuente. Los disipadores de calor de alto rendimiento tienen cobre para conducir mejor. El calor se transfiere al aire por conducción y convección; Una proporción relativamente pequeña de calor se transfiere por radiación debido a la baja temperatura de los dispositivos semiconductores en comparación con su entorno.
Los radiadores también se utilizan en circuitos de refrigeración líquida para rechazar el calor.
Los radiadores se encuentran como componentes de algunas naves espaciales. Estos radiadores funcionan irradiando energía térmica en forma de luz (generalmente infrarroja, dadas las temperaturas a las que las naves espaciales intentan operar) porque en el vacío del espacio ni la convección ni la conducción pueden funcionar para transferir el calor. En la Estación Espacial Internacional , estos pueden verse claramente como grandes paneles blancos unidos a la armadura principal . Se pueden encontrar tanto en embarcaciones con tripulación como sin tripulación. [6]
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