¿Qué es el intercambio a contracorriente?
El intercambio a contracorriente es un fenómeno altamente eficiente y natural de transferencia térmica o química entre cuerpos de fluidos. Este proceso tiene lugar a través de una superficie conductora en el caso del calor o una membrana parcialmente permeable en el caso del intercambio químico. En los intercambios a contracorriente, el fluido donante y receptor siempre fluye en direcciones opuestas, una característica que le da al proceso tanto su eficiencia como su nombre. El intercambio a contracorriente se encuentra en muchos sistemas biológicos, como riñones de mamíferos, pulmones de pájaros y branquias de peces, y es un sistema industrial de transferencia química y térmica de uso común. Un sistema similar es el proceso de intercambio concurrente que es menos efectivo y presenta transferencias entre fluidos que fluyen en la misma dirección.
El intercambio de energía térmica o sustancias suspendidas entre fluidos que fluyen es un fenómeno común tanto en la naturaleza como en la industria. Estos intercambios de flujo de corriente se pueden dividir en dos grupos: concurrentes y contracorrientes. Ambos implican el intercambio de calor o productos químicos suspendidos entre fluidos que fluyen en recipientes adyacentes, ya sea a través de superficies conductoras o membranas semipermeables, respectivamente. A medida que los fluidos fluyen a través de sus áreas compartidas, el calor y los productos químicos fluyen naturalmente de áreas de alta a baja concentración hasta alcanzar el equilibrio. Es esta característica de la transferencia elemental la que hace que el método de intercambio a contracorriente sea el más efectivo de los dos.
El proceso de transferencia de oxígeno en las branquias de un pez es un buen ejemplo de los beneficios del intercambio a contracorriente. A medida que la sangre pobre en oxígeno se encuentra con un flujo opuesto de agua rica en oxígeno, el oxígeno comienza a difundirse fuera del agua hacia el torrente sanguíneo. Esto hace que la concentración de oxígeno en el agua disminuya y que en la sangre aumente. Debido al hecho de que las direcciones de flujo son opuestas, la sangre siempre fluirá sobre el agua con una mayor concentración de oxígeno y el intercambio continuará hasta que los flujos diverjan. Sin embargo, en flujos simultáneos, los dos fluidos fluyen en la misma dirección y la relación entre las concentraciones alcanza rápidamente el equilibrio, deteniendo así efectivamente el intercambio.
Esto significa que, a diferencia de la variante concurrente, los sistemas de intercambio a contracorriente continúan transfiriendo el elemento relevante sobre el área de intercambio completa para una mayor eficiencia. Esta eficiencia generalmente permite valores de transferencia del 100% con el flujo del receptor que sale del sistema con la misma concentración de calor o productos químicos que el flujo del donante. Sin embargo, no se puede decir lo mismo de los intercambios concurrentes, con valores de transferencia promedio que se ejecutan en la región del 50%. Esto hace que el método de intercambio a contracorriente sea apropiado para procesos industriales como el intercambio de calor regenerativo y los métodos de transferencia biológica, incluidas las funciones renales y pulmonares.