Bescanviador de calor regenerativa
.jpg){kind=link}
Un bescanviador de calor regenerativa, o més comunament un regenerador, és un tipo de bescanviador de calor a on la calor d'un decorregut calent s'almagasena intermitentemente en un mig d'almagasenament tèrmic abans de transferir-se al decorregut fret. Per a conseguir-ho, el decorregut calent es posa en contacte en el mig d'almagasenament de calor, i després és desplaçat pel decorregut fret, que absorbix la calor.[1]
En els bescanviadors de calor regeneratius, el decorregut a abdós costats del bescanviador de calor pot ser el mateix, i pot circular per un punt de processament extern i després fluir de tornada a través del bescanviador de calor en la direcció oposta per al seu posterior processament. Per lo general, l'aplicació utilisarà este procés de forma cíclica o repetitiva.
El calfament regeneratiu va ser una de les tecnologies més importants desenrollades durant la Revolució Industrial quan es va usar en el procés de bufat en calent en els alt forn. Més vesprada es va usar en els forns de fusió de vidre i en la fabricació d'acer, en la finalitat d'aumentar l'eficiència dels forn de solera, i en calderes d'alta pressió i aplicacions químiques i d'atres tipos, a on seguix sent important en l'actualitat.
Història
[editar | editar còdic].jpg){kind=link}
El primer regenerador va ser inventat pel reverent Robert Stirling en 1816 i també es troba com a component d'alguns eixemples del seu motor Stirling. Els motors Stirling més simples, inclosa la majoria dels models, usen les parets del cilindre i el desplazador com un regenerador rudimentari, que és més simple i econòmic de construir pero molt manco eficient.
Les aplicacions posteriors varen incloure el procés conegut com bufat en calent amprat en els alts forns i en els forns de solera (com el forn regeneratiu Siemens, que es va usar per a fabricar vidre), a on els gasos d'escape calents de la combustió passen a través de cambres regeneratives de rajola refractario, que es calfen, i despuix s'invertix el sentit del fluix, de modo que les rajoles calfades precalienten el combustible.[2]
Edward Alfred Cowper va aplicar el principi de regeneració als alts forns, ideant la "estufa Cowper", patentada en 1857.[3] Açò s'usa casi invariablement en els alts forns fins al dia de hui.[2][4]
Tipos de regeneradores
[editar | editar còdic]
Els regeneradores intercanvien la calor d'un decorregut procedent d'un procés de combustió a un mig sòlit intermig que ho almagasena, i que a la seua volta intercanvia la calor acumulada en un segon fluix de decorregut. Els dos fluix estan separats en el temps, circulant alternativament a través del mig d'almagasenament, o estan separats en l'espai i el mig d'almagasenament de calor es mou entre els dos fluix.
En els regeneradores rotatius, o rodes tèrmiques, la "matriu" d'almagasenament de calor té forma de roda o de tambor en una matriu de perforació en forma de reixeta, i que gira contínuament a través de dos corrents de decorregut que circulen en sentits contraris, de manera que les dos corrents queden casi totalment separades. Solament una corrent fluïx a través de cada secció de la matriu al mateix temps; i no obstant, en el transcurs d'una rotació, al final abdós corrents fluïxen successivament a través de totes les seccions de la matriu. El mig d'almagasenament de calor pot ser un conjunt de plaques de metal o malla d'aram de gra relativament fi, fet d'alguna aleació resistent o revestit per a resistir l'atac químic dels decorreguts del procés, o fet de ceràmica en aplicacions d'alta temperatura. Es pot dispondre d'una gran cantitat d'àrea de transferència de calor en cada unitat de volum del regenerador rotatori, en comparació a un bescanviador de calor de carcassa i tubos: cada peu cúbic de matriu de regenerador pot contindre fins a 1000 peus quadrats de superfície, en comparació a aproximadament 30 peus quadrats per cada peu cúbic d'un bescanviador de carcassa i tubos.[5]
En cada conducte de la matriu es produïx un procés casi isotèrmic, ya que la rotació és perpendicular tant al gradient de temperatura com a la direcció del fluix, i no a través d'ells. Les dos corrents de decorregut circulen en sentit contrari. Les temperatures del decorregut varien en l'àrea de fluix; no obstant, les temperatures localment alcançades no són una funció del temps. Les juntes de estanqueidad entre les dos corrents no són perfectes, per lo que es produirà certa contaminació creuada. El nivell de pressió permissible d'un regenerador rotatiu és relativament baix, en comparació als bescanviadors de calor.
En un regenerador de matriu fixa, una sola corrent de decorregut té un fluix reversible cíclico; es diu que fluïx "contracorrent". Este regenerador pot ser part d'un sistema sense vàlvulas, com un motor Stirling. En una atra configuració, el decorregut es conduïx a través de vàlvules a diferents matrius en periodos operatius alterns, lo que dona com resultat temperatures d'eixida que varien en el temps. Per eixemple, un alt forn pot tindre vàries "estufes" o "dames" plenes de rajola refractario. El gas calent del forn es conduïx a través de la mampostería durant un temps, com per eixemple una hora, fins que la rajola alcança una temperatura elevada. Després, s'operen les vàlvules i es dona entrada a l'aire fret a través de la rajola, recuperant la calor per a usar en el forn. Les instalacions pràctiques tindran múltiples estufes i disposicions de vàlvules per a transferir gradualment el fluix entre una estufa "calent" i una estufa "freda" adjacent, de modo que es reduïxquen les variacions en la temperatura de l'aire d'eixida.[6]
Un atre tipo de regenerador es denomina bescanviador de calor regenerativa a microescala. Té una estructura de reixeta multicapa en la que cada capa està desplaçada de la capa adjacent per la mitat d'una cela que té una obertura en abdós eixos perpendicularment a l'eix de fluix. Cada capa és una estructura composta de dos subcapas, una d'un material d'alta conductivitat tèrmica i una atra d'un material de baixa conductivitat tèrmica. Quan un decorregut calent fluïx a través de la cela, la calor del decorregut es transferix als pous de la cela i s'almagasena allí. Quan el fluix de decorregut invertix la direcció, la calor es transferix des de les parets de la cela de tornada al decorregut.
Un tercer tipo de regenerador es denomina regenerador "Rothemuhle". Este tipo té una matriu fixa en forma de disc, i les corrents de decorregut es canalisen a través de campanes giratòries. El regenerador Rothemuhle s'utilisa com precalentador d'aire en algunes plantes generadores d'energia. El seu disseny tèrmic és el mateix que el d'atres tipos de regeneradores.
Biologia
[editar | editar còdic]Quan es respira, el nas i la gola funcionen com un bescanviador de calor regenerativa. L'aire més fret inhalat es calfa, de modo que aplega als pulmons com a aire templat. En el camí de tornada, este aire deposita gran part de la seua calor en els costats de les fosses nassals, de modo que estes estiguen llistes per a calfar la següent bocanada d'aire inhalada. Alguns animals, inclosos els humans, tenen làmines ondulades d'os dins del nas anomenades cornetes nassals per a aumentar la superfície que intervé en l'intercanvi de calor.
Criogenia
[editar | editar còdic]Els bescanviadors de calor regeneratius estan fets de materials en una elevada capacitat calorífica volumètrica i una baixa conductivitat tèrmica en la direcció llongitudinal del fluix. A temperatures criogèniques (molt baixes) d'al voltant de 20 K, la calor específica dels metals es reduïx considerablement, per lo que un regenerador deu ser més gran per a una càrrega de calor determinada. Esta circumstància deu tindre's en consideració en el disseny de les astronaves i dels satèlits que deuen opera en l'espai exterior.
Referències
[editar | editar còdic]- ↑ Regenerative heat exchangers
- ↑ 2,0 2,1 W. K. V. Gale, British iron and steel industry (David and Charles, Newton Abbot 1967), 98–100.
- ↑ Bennet Woodcroft, 'Chronological Index of Patents Applied for and Patents Granted, for the Year 1857', Patent No.1404, 19 May 1857 Chronological Index of Patents Applied for and Patents Granted, for the Year 1857
- ↑ C. K. Hyde, Technological change and the British iron industry 1700–1870 (Princeton University Press, 1977), 200–1.
- ↑ John J. McKetta Jr (ed.), Heat Transfer Design Methods, CRC Press, 1991, ISBN 0849306655, pages 101-103
- ↑ Ramesh K. Shah, Dusan P. Sekulic Fundamentals of Heat Exchanger Design, John Wiley & Sons, 2003 ISBN 0471321710, page 55
- Este artícul conté una traducció derivada de «Intercambiador de calor regenerativo» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.