En las operaciones industriales, es frecuente ver situaciones en las que la masa y el calor pueden intercambiarse entre dos o más fases. Estos procesos, que suelen ser multifásicos, impregnan diferentes sectores como la siderurgia, la automoción, la industria alimentaria, la aeroespacial y muchos otros. Hoy en día, es imposible ignorar las ventajas de comprender estos fenómenos y sacar el máximo partido de los procesos en favor de la reducción de costes y el aumento de la productividad. 

Para una correcta interpretación, son necesarias algunas áreas de estudio para comprender estos procesos, como conocimientos de termodinámica, cinética química, medios porosos, transferencia de calor y mecánica de fluidos. El dominio de los conceptos implicados es necesario para el desarrollo de proyectos y la optimización en operaciones industriales complejas, proporcionando una comprensión obligatoria de los fenómenos de transporte. La correcta utilización de estas disciplinas es esencial para que los procesos en los que intervienen el calor y los fluidos tengan el rendimiento requerido en el proyecto, sin comprometer la producción ni la calidad del producto implicado. 

Además de las aplicaciones industriales, los fluidos como el agua y el aire son esenciales para la vida cotidiana y la vida en el planeta. Los efectos de estos conceptos de ingeniería pueden verse en la vida cotidiana, por ejemplo: la refrigeración en los equipos generadores de calor y en los alimentos; el confort térmico que proporciona el aire acondicionado; el procesado de alimentos en hornos; el efecto de la aerodinámica en el rendimiento y el consumo de coches y aviones.

¿Qué es la dinámica de termofluidos?

La dinámica de termofluidos es un área de la ciencia encargada de desarrollar estudios tanto teóricos como experimentales sobre el comportamiento dinámico de los fluidos y los fenómenos asociados a la transferencia de calor y el transporte de masas. 

La dinámica de termofluidos estudia los procesos monofásicos y multifásicos y puede relacionarse con fenómenos específicos como la combustión y la radiación térmica. 

La combustión es una reacción química exotérmica e irreversible que se produce entre dos o más reactantes y que requiere la presencia de un combustible y un comburente. La radiación térmica, por su parte, se caracteriza por la emisión y propagación de energía mediante ondas electromagnéticas.

En la industria existen diversos equipos y/o estructuras que se ocupan de los fenómenos de transferencia de calor y masa entre distintas fases, que pueden implicar o no reacciones químicas. Algunos ejemplos son los hornos, los calentadores, los secadores, los filtros de mangas y los canales de recogida y sedimentación. 

La evolución operativa y conceptual de estos equipos en las últimas décadas se ha visto impulsada por el desarrollo de métodos numéricos. La combinación de estudios de dinámica de termofluidos con la aplicación de estos métodos a simulaciones de procesos multifásicos ha permitido avanzar en un área muy popular de la ingeniería, la Dinámica Computacional de Fluidos.

La dinámica de fluidos computacional (CFD) permite crear modelos para análisis y estudios mediante la simulación numérica del flujo de fluidos, la transferencia de calor y fenómenos afines. 

Figura 1: Simulação bidimensional de escoamento de frente livre no problema de quebra de dique – FONTE: COPPE UFRJ.

¿Cuáles son las aplicaciones y ventajas de Thermofluid Dynamics?

La dinámica de termofluidos se utiliza ampliamente en distintos segmentos del mercado y contribuye al diseño y la fabricación de cientos de productos. Su aplicación abarca desde la fabricación de aviones hasta la de automóviles, barcos y los más diversos tipos de equipos industriales. 

Entre as principais aplicações da fluidodinâmica, vale destacar sua utilidade: 

• en la industria petrolera,
• en la industria siderúrgica,
• en la industria alimentaria,
• en la minería,
• en pruebas de proyectos de sistemas de propulsión y generación de energía en general,
• en equipos de refrigeración, 
• en análisis aerodinámicos y aerotermodinámicos de vehículos aeroespaciales y terrestres (trenes, camiones, automóviles).

La dinámica de termofluidos también contribuye a las cuestiones medioambientales, ayudando en la planificación y gestión de los recursos hídricos (analizando y simulando la liberación de contaminantes) y en los estudios de caracterización de la dispersión de gases. 

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