Estudio termodinámico del uso de generadores de vórtices longitudinales delta winglet curvos y rectangulares dentro de un intercambiador de calor tubular

Abstract

Este estudio consistió en simular el flujo de aire turbulento a través de un intercambiador de calor tubular con tres tipos de generadores de vórtices longitudinales diferentes: delta recto, delta curvo y trapezoidal curvo, junto con sus variantes de tamaño. El objetivo principal fue analizar la mejora del rendimiento térmico del intercambiador de calor mediante el uso de generadores de vórtices rectos y curvos, modificando el tamaño de sus insertos, y comparar los resultados para identificar el modelo más eficiente. Los resultados mostraron que el número de Nusselt aumenta con el número de Reynolds, independientemente del tipo de inserto utilizado, debido al aumento de turbulencia e interacciones fluidas que mejoran la transferencia de calor. Los modelos curvos obtuvieron mejores resultados en comparación con el modelo recto, gracias a la curvatura que permite una mayor recirculación y mezcla de temperaturas, mejorando la eficiencia en la transferencia de calor. En cuanto al factor de fricción, se observó que disminuye con el aumento del número de Reynolds para todos los modelos estudiados, siendo el modelo delta recto el que presentó menor resistencia al flujo y un mejor rendimiento en este aspecto. Los modelos curvos de menor altura obtuvieron el mejor rendimiento térmico, logrando un aumento de eficiencia de hasta un 53% para el modelo trapezoidal curvo de altura H= 5mm a Re=5000 respecto al caso base. Además, el modelo delta curvo de altura H= 5mm a Re=5000 también mostró un notable aumento en el rendimiento, alcanzando un 49% seguido de un 48% obtenido por el modelo delta recto de altura H= 7.5mm a Re=5000 . Se propone modificar la geometría de los generadores curvos para mejorar aún más su desempeño. Para lograr esto, se sugiere realizar un estudio con alturas menores a 5 mm y/o utilizar perforaciones para disminuir la pérdida de carga y aprovechar los altos números de Nusselt obtenidos.