Los principales equipos conversores industriales
son del tipo mecánico o térmico. Entre éstos destacan:
- Motores eléctricos para el accionamiento de:
- Bombas.
- Ventiladores.
- Transporte de piezas o productos.
- Soldadores eléctricos.
- Resistencias de calentamiento por efecto Joule.
Las técnicas eléctricas avanzadas se pueden
clasificar en:
- Efecto Joule
- Radiación Electromagnética
- Ciclo de Carnot
- Separación por membranas
- Tecnologías punta
Efecto
Joule
Las resistencias eléctricas se basan en el Efecto
Joule. El parámetro característico es la resistencia según la fórmula:
R = resistencia en Ohms (Ω)
P = resistividad en Ohms · metro (Ω m)
L = longitud (m)
S = superficie (m²)
El material utilizado para constituir el cuerpo
será el que le dará sus características de funcionamiento. Se pretende obtener
la óptima combinación entre (coste inversión/vida útil) y los criterios de
elección son:
- Resistencia mecánica
- Temperatura de trabajo
- Resistencia a atmósferas agresivas
Tipos de resistencias
- Cerámicas – Metal
- No metálicas
Conducción
- La tecnología se aplica a materiales metálicos o no metálicos, pero conductores de electricidad.
- El elemento a calefactar se sitúa entre dos electrodos sobre los que se aplica una tensión. El calor se genera en el interior del cuerpo.
Arco eléctrico
El arco eléctrico se basa en el paso de corriente
a través de un medio ionizado.
Se alcanzan temperaturas elevadas de hasta 3000
ºC, aunque el coste de energía eléctrica también es muy elevado.
El primer horno industrial data de 1899 y fue
construido por Héroult.
Existen básicamente tres mecanismos de hornos.
- Radiación de los electrodos
- Radiación y convección del arco
- Contacto directo del arco con la pieza
El arco se produce entre dos electrodos con un
salto de potencial elevado. El cátodo emite electrones que se dirigen al ánodo
ionizando el gas. Los iones formados se dirigen al cátodo y al chocar provocan
su calentamiento y la emisión de más electrones.
Se forma un plasma de arco a una temperatura
media de 6.000 ºC con un máximo de 15.000 ºC.
Existen dos familias de hornos:
- Hornos de reducción
El rendimiento del sistema es del orden del 70 -
80%.
Radiación
Electromagnética
- Calentamiento por inducción
- Dieléctricos y ondas electromagnéticas
- Radiación infrarroja
- Radiación ultravioleta
Calentamiento por inducción
Calentamiento interno y selectivo, solución
óptima para diversas aplicaciones.
El producto a calentar se ubica dentro de un
campo electromagnético y este se calienta por efecto Joule gracias a las
corrientes inducidas.
Para inducir una corriente alterna en una
"pieza" existen diversas tecnologías. En general se dispone de dos
elementos: generador (que produce corriente de gran intensidad a la frecuencia
de trabajo), e inductor.
Dieléctricos y ondas electromagnéticas
Las ondas electromagnéticas son el resultado de
un campo eléctrico alternativo. Dichas ondas, al atravesar un cuerpo lo
calientan. El campo provoca en el seno de los átomos una polarización de manera
que los protones y electrones tienden hacia el campo de diferente signo. Si el
campo varía alternativamente, hay un cambio de dirección de las partículas que
provoca el calentamiento.
Esta tecnología se usa para el secado de piezas
debido a que el agua es un dieléctrico y el procedimiento anterior se acentúa
en estos casos.
Radiación infrarroja
La radiación es un fenómeno basado en la emisión
de fotones por parte de un emisor que se propagan por el medio para ser
absorbidos por el material a tratar a través de una agitación molecular que se
traduce en calor.
Los rayos infrarrojos pertenecen a la radiación
electromagnética. Su longitud de onda se sitúa entre 0'76 µm y 1.000 µm,
aproximadamente.
Esta técnica permite el calentamiento o
transferencia de energía de un cuerpo a otro sin soporte intermedio. Este tipo
de energía presenta las ventajas de un haz luminoso: puede ser dirigida,
reflejada, concentrada, repartida y focalizada, lo que produce una gran
flexibilidad en la técnica.
Permite calentamiento en vacío y en atmósfera
controlada.
Radiación ultravioleta
Tecnología relativamente nueva, en su aplicación
a la industria. Se inició en la primera mitad del siglo pasado.
La radiación ultravioleta ocupa la región del
espectro electromagnético comprendida entre la luz visible y los rayos X. La
longitud de onda va de 10 hasta 400 nm.
Los fotones de la radiación UV tienen una penetración
más débil que las radiaciones infrarrojas en la materia sólida, pero su
contenido energético es muy grande.
Su utilización se basa en la capacidad para
provocar reacciones químicas y biológicas.
Ciclo
de Carnot
Bomba de calor
La bomba de calor es una máquina térmica capaz de
transmitir calor desde una fuente de baja temperatura a otra de nivel térmico
superior, mediante la aportación de energía mecánica y cambios de estado
(evaporación y condensación) de un fluido frigorígeno en circuito cerrado.
El fluido frigorígeno ha de reunir las siguientes
características:
- No corrosivo.
- Tensiones de vapor ni muy bajas a baja temperatura, ni muy altas a alta temperatura.
- No provocar impactos nocivos para el medio ambiente.
La bomba de calor está compuesta de cuatro
elementos básicos:
- Compresor mecánico
- Condensador
- Evaporador
- Válvula de expansión
Recompresión mecánica de vahos
En las industrias química o agroalimentaria se
suele utilizar procesos que modifican el grado de concentración de una
solución.
La evaporación del disolvente, para concentrar el
soluto, requerirá un consumo energético, que se perderá, ya que el calor
absorbido se perderá con el disolvente evaporado.
El aprovechamiento de este calor es una medida de
optimización de procesos de este tipo.
Por tanto la recompresión mecánica de vahos
consiste en comprimir vapor (de baja presión y temperatura), aumentando su
temperatura de condensación hasta las condiciones de presión y temperatura del
vapor útil. De esta manera, un producto residual (agua evaporada) se transforma
en un fluido apto para el intercambio térmico.
Separación
por membranas
Membranas
La tecnología de filtración con membranas es un
proceso de separación de fases, componentes o partículas, basada en fenómenos
de tipo fisicoquímico.
Sus características fundamentales son:
- Permeabilidad
- Selectividad
La filtración por membranas no depende de un sólo
fenómeno físico. Dependiendo del predominante se pueden clasificar en:
- Osmosis inversa
- Microfiltración y Ultrafiltración
- Diálisis y Electrodiálisis
Osmosis inversa
La osmosis es un proceso físico-químico por el
que se establece un equilibrio dinámico entre dos soluciones salinas de
diferente concentración separadas por una membrana semipermeable. Esto ocasiona
una diferencia de presión (presión osmótica).
La osmosis inversa se puede definir como el
proceso opuesto, donde se aplica una presión para obtener una separación de las
sales.
Microfiltración y Ultrafiltración
Consiste en la separación mediante presión, de
macromoléculas de soluciones acuosas con un tamaño entre 103 y 106 daltons.
Diálisis y Electrodiálisis
Se define como una transferencia de especies
ionizantes, a través de una membrana aniónica y catiónica por efecto de un
gradiente de actividad.
Tecnologías
punta
- Cuchillo de aire
- Plasma
- Ultrasonido
- Bombardeo electrónico
Láser
Tecnología nueva, aunque se aplica en muchos
campos de medicina y también en actividades industriales y comerciales.
Un rayo láser consiste en un haz de luz compuesto
de fotones, los cuales tienen la misma frecuencia y fase, por lo que se propaga
con una gran directividad. Esto permite una concentración de energía muy
elevada en un volumen muy pequeño.
Cuchillo de aire
La limpieza o el secado de piezas que se podía
hacer con procedimientos térmicos, pueden realizarse por este método.
El cuchillo de aire consiste en la proyección de
una lámina de aire que puede llegar a 1.000 km/h. El procedimiento se basa en
proporcionar una gran energía cinética a un flujo de aire, que se hace incidir
sobre una superficie lisa.
Plasma
El plasma es un estado de la materia que se obtiene
por la ionización de un gas. Está constituido por iones de carga positiva y por
electrones libres. En conjunto es neutro, pero conductor de electricidad.
Características o ventajas principales:
- Concentración de esta potencia en superficies o volúmenes pequeños.
- Intercambios térmicos muy acelerados y velocidades de reacción muy elevadas.
- Inercia térmica pequeña.
Ultrasonido
Son ultrasonidos las ondas sonoras de frecuencias
superiores a 16 - 20 kHz.
Los ultrasonidos se generan al transformar una
energía eléctrica o magnética en energía mecánica. Se utiliza para limpieza o
soldadura.
Si transmitimos ultrasonidos de alta energía a un
medio fluido se provoca una acción pulsante llamada cavitación. Mediante las burbujas
que se forman y sus impactos sobre el material se consigue limpiar la
superficie hasta zonas recónditas de la pieza.
Bombardeo electrónico
Transformación de energía cinética de un haz de
electrones en calor con el choque del mismo contra el cuerpo.
Las nuevas técnicas que van surgiendo presentan
ventajas en:
- Flexibilidad y precisión en control de procesos.
- Aumento del rendimiento energético, que implica un ahorro de energía.
Sectores
de aplicación:
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