Evaluar las propiedades del producto para un rendimiento óptimo del intercambiador de calor
En cada proceso donde se requiera un intercambiador de calor, la combinación de productos y fluidos de servicio, aplicaciones, temperaturas y otras variables serán diferentes en cada caso. Comprender estas propiedades garantiza que se suministre el intercambiador adecuado.
Por ejemplo, los productos que generan suciedad pueden requerir una unidad de superficie rascada. Tener información adecuada nos asegura que el proceso de intercambio térmico no altere las características del producto y este factor es muy importante, sobre todo en alimentos o bebidas.
Los aspectos clave del análisis del producto
Los aspectos clave del análisis del producto se basan en estudiar su viscosidad y flujo. Este estudio se conoce como reología. Algunas de estas medidas son:
- Viscosidad
- Densidad
- Respuesta al corte
- Respuesta térmica (calor específico, calor latente y conductividad térmica)
Para garantizar que el intercambiador esté correctamente diseñado, se recomiendan las siguientes medidas para modelar el comportamiento del producto y calcular los parámetros clave:
- Viscosidad aparente (la viscosidad a una velocidad de corte indicada)
- Coeficiente de transferencia térmica (la tasa de transferencia de calor por unidad de área y la diferencia de temperatura de la unidad)
- Tipo de flujo en diferentes condiciones (es decir, si el producto muestra flujo laminar suave o turbulento)
- Límite elástico (punto a partir del cual el producto sufrirá deformación plástica)
La forma en que un producto se corta también es importante y puede determinar el mejor tipo de equipo para evitar (o fomentar) el corte durante su procesamiento. La naturaleza del producto también es clave, por ejemplo, si el producto es un gel, líquido, emulsión, suspensión u otro.
¿Cómo se evalúan estos parámetros?
HRS utiliza equipos especializados para realizar una amplia variedad de pruebas. Una pieza clave del equipo utilizado es un reómetro, que mide la forma en que un líquido, un semilíquido o un fango fluye en respuesta a las fuerzas aplicadas.
Es importante determinar los límites térmicos básicos para muchos productos alimenticios. Estos incluyen:
- Temperatura de desnaturalización de proteínas: la temperatura a la que se desnaturalizan las proteínas en el producto puede analizarse y aplicarse en procesos como la pasteurización líquida de huevos, donde el exceso de temperatura de 1ºC puede dar lugar a huevos revueltos, en lugar de líquidos.
- Temperatura de activación del almidón: una vez que el producto ha alcanzado esta temperatura crítica, su viscosidad aumenta rápidamente.
- Reacción de Maillard: es una reacción química que genera el dorado de los alimentos y a menudo proporciona un sabor distintivo. Casi todos los alimentos están pasteurizados, pero comprender la temperatura a la que ocurre la reacción de Maillard nos asegura de que se conserva el sabor requerido.
Otra medida que se relaciona con los efectos potenciales del procesamiento es cómo (o si) la viscosidad y la estructura del producto se recuperan después del procesamiento: una propiedad conocida como tixotropía. Se han desarrollado métodos específicos para su evaluación, como la «prueba de tixotropía de 3 pasos viscosimétrica».
¿Cómo se procesa esta información?
Una vez conocidos los parámetros clave, se puede seleccionar el mejor tipo de intercambiador de calor; por ejemplo, los tubos corrugados ofrecerán mayor transferencia térmica en productos, incluso para números Reynolds menor de 2100, que es el punto donde arranca el flujo turbulento para tubos lisos.
Las mediciones permiten a los ingenieros usar software para calcular la información adicional necesaria para el diseño, pero que no se puede medir directamente en el laboratorio. Algunos de estos valores calculados incluyen:
- Coeficiente de transferencia de calor
- Tipo de flujo
- Número de Nusselt (Nu): la relación entre la transferencia de calor por convección y la transferencia de calor por conducción en el fluido. Los números más altos de Nusselt representan una transferencia de calor efectiva.
- Número de Prandtl (Pr): la relación entre la difusividad de momento y la difusividad térmica, que representa la relación de transferencia de calor al movimiento del fluido.
- Número de Reynolds (Re): la relación entre las fuerzas dinámicas del fluido y las fuerzas de arrastre viscosas. El valor indica el régimen de flujo, es decir, si el flujo puede describirse como laminar, transitorio o turbulento.
Todas estas propiedades se analizan en el software de diseño que utiliza la dinámica de fluidos computacional (CFD) para predecir y estudiar el flujo del producto a través del intercambiador de calor y los cambios térmicos que ocurren.
Cuanta más información tenga el fabricante sobre las propiedades físicas de los productos a tratar, más preciso será el diseño del intercambiador. Nuestros ingenieros pueden ajustar el diseño del intercambiador hasta lograr la combinación óptima de eficiencia, productividad y coste, antes de hacer cualquier recomendación al cliente.