Transferencia de calor mediante sales fundidas permite almacenar y transferir grandes cantidades de energía térmica, ideal para plantas solares y procesos industriales.
Transferencia de Calor mediante Sales Fundidas
La transferencia de calor es un proceso fundamental en la ingeniería térmica, y uno de los métodos más interesantes y eficientes para realizar este proceso es mediante el uso de sales fundidas. Las sales fundidas se utilizan ampliamente en sistemas donde se requiere almacenar y transferir grandes cantidades de calor, como en plantas de energía solar térmica y en algunos procesos industriales.
¿Qué son las sales fundidas?
Las sales fundidas son mezclas de sales inorgánicas que, a temperaturas elevadas, se encuentran en estado líquido. Algunas de las sales más comunes utilizadas en estas aplicaciones incluyen nitrato de sodio (NaNO3), nitrato de potasio (KNO3) y cloruro de sodio (NaCl). Estas sales tienen puntos de fusión relativamente altos, generalmente superiores a 200°C, lo que les permite contener y transferir calor a altas temperaturas sin descomponerse.
Aplicaciones de las sales fundidas
- Plantas de Energía Solar Térmica: En estas plantas, las sales fundidas se utilizan como medio de almacenamiento de energía térmica. Durante el día, la radiación solar se concentra y se utiliza para calentar las sales fundidas, almacenando así la energía térmica que puede ser utilizada para generar electricidad durante la noche o en días nublados.
- Procesos Industriales: Las sales fundidas también se emplean en procesos que requieren altos niveles de calor, como la fabricación de cerámicas, metales y productos químicos. Su capacidad para mantenerse en estado líquido a altas temperaturas las hace ideales para transferir calor de manera eficiente en estos procesos.
Ventajas del uso de sales fundidas
- Alta Capacidad de Almacenamiento Térmico: Las sales fundidas tienen una alta capacidad calorífica, lo que significa que pueden almacenar grandes cantidades de energía térmica en un volumen relativamente pequeño.
- Estabilidad a Altas Temperaturas: Las sales fundidas pueden operar a temperaturas muy elevadas sin descomponerse, lo que las hace ideales para aplicaciones que requieren esas condiciones extremas.
- Bajo Costo: Comparadas con otros medios de transferencia de calor, como los aceites térmicos, las sales fundidas son relativamente baratas y abundantes.
Principios de Transferencia de Calor
La transferencia de calor mediante sales fundidas se basa en los mismos principios que cualquier otro medio de transferencia de calor: conducción, convección y radiación.
- Conducción: La conducción se refiere a la transferencia de calor a través de un material sólido o líquido debido a la diferencia de temperatura. La ecuación básica es q = -k \frac{\Delta T}{\Delta x}, donde q es el flujo de calor, k es la conductividad térmica, \(\Delta T \) es la diferencia de temperatura y \(\Delta x \) es la distancia.
- Convección: La convección implica el movimiento de fluidos (en este caso, las sales fundidas) que transportan el calor. La ecuación típica de transferencia de calor por convección es q = h \cdot A \cdot (T_s – T_\infty ), donde h es el coeficiente de transferencia de calor, A es el área de transferencia, T_s es la temperatura de la superficie y T_\infty es la temperatura del fluido circundante.
- Radiación: La radiación térmica es el proceso por el cual un cuerpo emite energía en forma de ondas electromagnéticas. La ecuación de Stefan-Boltzmann para la radiación es q = \sigma \cdot A \cdot T^4, donde \(\sigma \) es la constante de Stefan-Boltzmann, A es el área de emisión y T es la temperatura absoluta del cuerpo.
Conclusión
La transferencia de calor mediante sales fundidas representa una solución eficiente y económica para aplicaciones que requieren el manejo de grandes cantidades de energía térmica a altas temperaturas. Su uso se está extendiendo en diversas industrias, especialmente en la generación de energía renovable, proporcionando una vía sostenible y efectiva para alcanzar los objetivos de eficiencia energética y reducción de emisiones de carbono.
