Efectos de la modificación geométrica y relación de tamaño de generadores vorticiales del tipo ala delta en intercambiadores de calor por aire

Abstract

Los intercambiadores de calor compactos de placas planas son utilizados ampliamente, sin embargo, su eficiencia se ve limitada por la baja conductividad térmica de la fase gaseosa. Se han estudiado numerosas formas de mejorar el coeficiente convectivo de esta fase, para lo cual se han propuesto múltiples geometrías y distribuciones de generadores vorticiales longitudinales (GVL), los cuales, al inducir turbulencia en el flujo, aumentan el mezclamiento mejorando drásticamente la transferencia de calor. Sin embargo, la inserción de los GVL compromete al sistema aumentando la pérdida de carga, por lo tanto, es necesario evaluar con debido cuidado la mejoría global que ofrecen estos dispositivos. En este estudio, se evalúa numéricamente con ANSYS Fluent la mejora de la eficiencia global en intercambiadores de calor de placas planas con aire bajo Re = 2000 − 10.000, a través de la inserción de generadores vorticiales con geometría de ala delta modificada y se estudian los efectos de su proporción de tamaño. Las modificaciones geométricas corresponden a la remoción de un 20% de la superficie del ala delta, su levantamiento en 2,5 mm respecto a la pared y la intersección de ambas. Las modificaciones de proporción de tamaño corresponden a encoger uniformemente el GVL hacia un 75, 50 y 25% de las dimensiones iniciales. Con respecto a las modificaciones geométricas, los resultados muestran que éstas no logran producir una reducción significativa en la pérdida de carga del sistema lo que da como resultado un empeoramiento en el desempeño de la geometría original. En tanto, se observa que las modificaciones de tamaño impactan fuertemente en la fricción total del sistema, modificando directamente su eficiencia. Al reducir proporcionalmente las dimensiones del GVL original a un 75 y 50%, se registran valores de TEF de entre 1,07 y 1,11, logrando superar por entre un 3 y un 9% el mejoramiento térmico entregado por la inserción de alas delta.