Un nuevo 'software' para la ingeniería térmica

En la Región de Murcia el sector industrial no solo está presente, sino que se potencia cada vez más y se buscan de forma constante nuevas fórmulas o herramientas que optimicen su actividad. En la actualidad, este ámbito económico está compuesto de muchas empresas con ciclos de producción en los que hay un elemento de gran importancia: el intercambiador de calor. Se trata de una pieza común y abundante especialmente en plantas petroquímicas, que actúan en las etapas de transformación o de transporte de las diferentes fuentes de hidrocarburos (gas natural, petróleo, etc.), o en el precalentamiento de combustibles para disminuir su viscosidad, entre otras. Sin embargo, son también muy utilizados en la industria alimentaria para calentamiento y enfriamiento de productos, en sistemas de esterilización, pasteurización, etc.

En este tipo de industrias también se producen en gran medida procesos de combustión, que requieren estudio y análisis para verificar la eficiencia del proceso, analizar la sensibilidad del mismo o estudiar la posibilidad de trabajar con otras fuentes de energía, siendo este último aspecto uno de los que más enfoca los esfuerzos del sector.

Teniendo en cuenta esto, el catedrático de la Universidad Politécnica de Cartagena Joaquín Zueco Jordán lleva diez años desarrollando 'software' de ingeniería térmica, dentro del grupo de investigación Modelado de Sistemas Térmicos y Energéticos, especialmente enfocando programas que respondieran a la necesidad en el campo docente. Así comenzó a desarrollar Dethe ('Design of Tubular Heat Exchangers' o Diseño Térmico e Hidráulico de Intercambiadores de Calor Tubulares), un dispositivo desarrollado para el diseño de procesos de transferencia de calor de un fluido a otro sin contacto entre ambos que aporta un punto de vista diferente respecto a otros 'softwares' existentes hasta la fecha, en un entorno visual más amigable y con ciertas particularidades técnicas, y un menú gráfico muy completo que ha desarrollado íntegramente en inglés.

Los intercambiadores de calor son equipos estáticos ampliamente utilizados en la industria, siendo los intercambiadores tubulares los de objeto de diseño mediante el 'software' presentado. Son parte primordial de los dispositivos de refrigeración, acondicionamiento de aire, producción de energía y procesamiento químico. En el diseño completo (térmico, hidráulico y mecánico) de estos dispositivos intervienen muchas variables, como pueden ser parámetros geométricos, variables de transferencia de calor, etc., y normativas de seguridad y diseño a cumplir.

La particularidad es que el 'software' Dethe emplea de manera complementaria diferentes métodos de cálculo, permitiendo el empleo de numerosas sustancias, así como de un buen número de correlaciones empíricas actualizadas. El diseño óptimo se consigue cuando después de un conjunto sistemático de cálculos, se logra satisfacer las condiciones previamente establecidas de diseño (condicionadas por el cliente); el ensuciamiento máximo permitido, el área de diseño de intercambio de calor, caídas de presión permisibles para cada fluido, etc.

Un proceso de combustión ocurre cuando se quema una sustancia (sólido, líquido o gaseoso) que se oxida, desprendiéndose una gran cantidad de calor, empleado como foco caliente de los motores térmicos. Teniendo en cuenta este principio, el catedrático de la UPCT ha desarrollado ThermoCombustión, otro programa que pretende resolver aspectos prácticos de la combustión en procesos industriales, actuando como un laboratorio termodinámico para el estudio de este hecho.

Este 'software' es útil para el estudio de procesos de combustión industrial, es decir, en procesos de generación de calor o electricidad por combustión en calderas, turbinas de gas o motores estacionarios y en hornos con contacto de las llamas (o gases de combustión) con las materias tratadas en el horno y en aquellos donde no existe contacto. Está disponible en dos versiones, según el combustible, ya que permite ensayar con mezcla de hidrocarburos, biomasas y biodiésel, entre otros, proporcionando un enfoque unificado de la primera y la segunda ley de la termodinámica aplicado en procesos de combustión.

El programa es capaz de calcular los principales parámetros que intervienen en los procesos de combustión en estado estacionario con aplicación a la ingeniería industrial. El combustible puede ser sólido, líquido y gaseoso, permitiéndose una mezcla de hasta 24 compuestos hidrocarburos, incluyéndose también N2, CO, CO2, O2, Ar, He, H2, H2O y H2S. Posee una base de datos de unas 101 sustancias, donde quedan definidas las propiedades químicas y termofísicas más relevantes en procesos de combustión.

Con este 'software', los balances de energía, entropía y exergía pueden ser visualizados, mostrado para cada componente individual, y permite obtener una solución partiendo del conocimiento de la composición molar de los productos de la combustión. Además, esta herramienta proporciona los diagramas más representativos de estos procesos, así como un análisis de sensibilidad de las principales variables de diseño; permite el estudio y análisis termodinámico de cámaras de combustión, generadores de vapor y ciclos de potencia de gas y de vapor, obteniéndose los diagramas de flujos más representativos, de forma que es posible detectar las pérdidas energéticas y exergéticas en los diferentes elementos de la instalación.

En la actualidad, programas de calidad que tengan un alcance similar a ThermoCombustión «no existen muchos, por lo que se consigue cubrir un déficit en este sentido», afirma Joaquín Zueco. «Es muy posible que muchas empresas que analizan y estudian sus procesos de combustión buscando una mejora o un diseño nuevo, posean su propia metodología. Este 'software' pretende abarcar y completar todas estas metodologías en un programa muy amplio que resuelva la mayoría de cuestiones en este campo de trabajo», añade el investigador.

Estos dos 'softwares' tienen una doble misión: por un lado la investigación y, por otro, la docencia, de donde partió la idea. Para su creador, estos programas tienen un mercado potencial en las universidades de todo el mundo, especialmente con aplicación directa en carreras técnicas, en los grados de ingeniería química, mecánica, tecnologías industriales, electricidad, electrónica y automática, recursos minerales y energía, diseño industrial o algunos másteres. «Como profesor vi que sería muy interesante emplear estos programas como herramientas para que el alumno comprendiera mejor muchos aspectos desarrollados de las asignaturas que imparto, y avanzar también en el conocimiento de algunos aspectos que se encontrará el estudiante en su futura vida laboral», afirma el catedrático. En ese avance y desarrollo de los programas, pasaron de ser una herramienta docente a una herramienta a emplear en la industria, siendo de utilidad en cualquiera de los dos campos.

En asignaturas como Transmisión de Calor, Motores y Centrales Térmicas, y Termodinámica pueden emplearse en diferentes sesiones prácticas en la sala de informática. «Los estudiantes lo agradecen mucho, ya que observan la relación entre los conceptos teóricos que estudian en clase y lo que podrán encontrarse cuando se incorporen al mercado laboral», afirma el catedrático, que ya los lleva hasta sus clases en la UPCT, aunque algunos de los aspectos técnicos y científicos más avanzados no se estudian al no incluirse en la materia de estas carreras.

Para el desarrollo, han contado con el apoyo de la Fundación Séneca, dentro de su convocatoria Prueba de Concepto, con una aportación de 24.500 euros. «La Fundación Séneca está siendo muy importante, ya que es la que ha dado el primer impulso para que estos dos proyectos puedan finalmente salir con garantías de éxito», añade Zueco. De hecho, en la actualidad, se están terminando aspectos del diseño de ambos 'softwares' incluidos dentro de este proyecto como son el estudio de mercado de ambos productos y análisis de las características del sector, estudiando la oferta y la demanda, así como los precios y la percepción de ambos productos; desarrollo de nueva página web y de vídeos promocionales de los productos en diferentes idiomas; elaboración de un plan de comunicación promocional integral, dirigido a potenciar el posicionamiento de los productos; creación de una plataforma con servidor para el control de productos, licencias y/o potenciales clientes, y crear un informe sobre los canales de distribución, el acceso al mercado, las perspectivas y las oportunidades en ambos sectores industriales.

En definitiva, poner en marcha todo lo necesario para permitir, de manera eficaz, toda la gestión que requiere el proceso de comercialización.