Fluidos de transporte de calor

Los fluidos más utilizados para el transporte y distribución del calor, también denominados fluidos caloportadores, son:

- Agua caliente, ó sobrecalentada.

- Vapor de agua saturado, ó recalentado.

- Aceites térmicos.

- Gases de combustión, ó el aire caliente.

El agua es muy utilizado, por su alta capacidad calorífica. La temperatura del fluido es bastante homogénea, y su regulación bastante precisa. Los tipos de instalaciones que utilizan el agua como fluido caloportador, puede ser de:

- de agua caliente, temperatura del agua inferior a 100 °C,

- ó de agua sobrecalentada (recalentada), temperatura superior a 100 °C

El vapor de agua se caracteriza porque:

- posee alta capacidad calorífica,

- se desplaza por su propia expansión,

- las pérdidas de presión en la red no son despreciables,

- y las pérdidas por fugas y autoevaporación de los condensados son importantes.

En las redes de distribución de vapor la máxima velocidad de circulación del vapor está limitada a 25 m/s en vapor saturado, la pérdida de carga admisible corresponde con la presión requerida por el equipo más lejano y las conducciones deber disponer de aislamiento térmico. Para evitar golpes de ariete, bolsa de aire o agua proyectada por el vapor que circula a gran velocidad la red de distribución tiene que tener una ligera pendiente positiva, cambios de nivel en ángulos a 90° realizando así un punto de drenaje. La separación del vapor y el condensado se realiza con purgadores: mecánicos (acción de una boya), termostáticos (diferencia de temperatura) y termodinámicos (conservación de la presión de remanso).

Si hacemos un análisis comparativo de las ventajas e inconvenientes de los sistemas de agua caliente y vapor de agua, tendríamos:

Las ventajas de los sistemas de agua caliente son

- Menor diámetro de tuberías para una carga dada.

- Se elimina la necesidad de los purgadores de condensado.

- No se requiere sistemas de retomo de condensado

- Temperaturas de operación inferiores a los sistemas de vapor.

• Menores pérdidas de carga del sistema, 
• Mejor rendimiento de la caldera y menor coste del combustible.

- Pérdida de agua del sistema reducida o eliminada, y necesidad de tratamiento de agua reducida.

- Sistema más silencioso con menor importancia de la expansión y contracción de tuberías.

- Flexibilidad de expansión del sistema, la adaptación a una ampliación de la red de tuberías sólo requiere un incremento de la capacidad del sistema de bombeo.

Las ventajas de los sistemas de vapor son:

- Temperaturas disponibles para el usuario más altas

- Temperatura constante en los equipos consumidores en condiciones de condensación

- Mejores coeficientes de transferencia de calor, requiriendo de equipos consumidores de calor de menores dimensiones

- Rápida respuesta a variaciones de la carga.

- Menos esfuerzos mecánicos en los equipos consumidores y operadores.

- Mayor familiaridad debida a la experiencia.

- Menor corrosión en el generador que puede producir la operación a temperaturas inferiores.

En la mayoría de las aplicaciones se requiere suministrar energía térmica al proceso en diferentes condiciones de presión y temperatura. Esto es más fácil de realizar con el vapor que con el líquido, a lo que hay que añadir la posibilidad de un mejor aprovechamiento del calor aportado al agua en el generador, pues con el vapor se puede escalonar el uso de vapores de características cada vez más degradadas.

Cuando el fin que se persigue es la producción de energía mecánica, bien sea directamente o con el paso intermedio por energía eléctrica, se necesita producir vapor.

Los aceites térmicos son líquidos que circulan por equipos calefactores que trabajan con temperaturas en tomo a 300°C, estos fluidos se encuentran prácticamente a la presión atmosférica y no se producen cambios de estado en el fluido. Los fluidos usuales suelen ser:

- Aceites minerales.

- Aceites de origen animal.

- Aceites de síntesis.

- Sales minerales (NaOH, NaCl, KC1, etc...), se utiliza en almacenamiento de energía aprovechando su calor latente de fusión.

- Metales en estado líquido, hay reactores nucleares que operan con sodio fundido.

Las ventajas frente a otros fluidos caloportadores son:

- Ausencia de corrosión en tuberías y recipientes.

- Eliminación de tratamientos (desgasificación, etc...).

- Ausencias de pérdidas caloríficas por cambio de estado.

- Facilidad de mantener la temperatura con precisión.

La utilización de los gases calientes está muy limitada, debido a la baja capacidad calorífica. Los gases calientes más utilizados, son:

• Gases de combustión 
• Aire caliente