Aumento de la transferencia de calor mediante modificación de aletas en intercambiadores de tubos ovalados y aletas

Abstract

Este trabajo consiste en simular diferentes modelos de intercambiadores de calor, mediante Ansys Fluet, con el fin de determinar los efectos de la modificación de aletas en la transferencia de calor y la pérdida de carga reflejados en la caída de presión. El objetivo principal de este trabajo es evaluar térmicamente y globalmente, mediante simulación numérica, los efectos de la modificación de aletas sobre un flujo de aire en intercambiadores de calor de tubos ovalados. Para lograrlo se determina un modelo para validación, se realiza la validación y se determina la independencia del mallado. Luego se define un modelo base con tubos ondulados y se definen las configuraciones de aletas a estudiar. Finalmente, se simulan los 4 casos de aletas mejoradas correspondientes a aletas onduladas, con generadores de vórtices longitudinales (GVL), aletas con persianas y una combinación entre aletas onduladas y con GVL. La validación se confirma dado que las diferencias con el estudio experimental alcanzan un máximo de 8,1% y 9,8% para f y j respectivamente. Además la independencia del mallado se concreta al tener diferencias máximas de un 1,26% y 4,70% en f y j respectivamente, entre el mallado medio y el mallado fino. En los modelos estudiados se detectan los diferentes mecanismos de aumento en la transferencia de calor. Entre ellos destacan la mezcla del fluido y desestabilización de flujo presenciadas en las aletas onduladas. Por otro lado se evidencia el efecto de los vórtices longitudinales al provocar un adelgazamiento en la capa límite térmica cerca de las aletas. De todos los intercambiadores estudiados, el que muestra un mayor aumento en la transferencia de calor respecto al modelo base de aletas planas, se da en el caso de aletas con persianas con un aumento del 63,02$\%$ para un Re_{H} = 2200. El mayor aumento en la caída de presión para un mismo valor de Re_{H} = 3000, lo logra el modelo con aletas combinadas alcanzando un 187,41%. En definitiva, en términos de transferencia de calor, el intercambiador de aletas con persianas logra el mejor desempeño respecto a los otros modelos estudiados. Además, gracias al factor de rendimiento global JF, se detecta que el mismo intercambiador con persianas obtiene el mejor desempeño global integrando la transferencia de calor y la caída de presión.