Análisis de la eficiencia térmica de diferentes configuraciones de aletas modificadas en un intercambiador de calor de canales planos

Abstract

Los intercambiadores de calor de canales planos son ampliamente empleados en diversos sectores industriales. En la actualidad, debido a la crisis climática y a las regulaciones gubernamentales que imponen estándares mínimos de eficiencia energética para los productos, los fabricantes de estos equipos se han visto obligados a priorizar la mejora de su rendimiento. Este enfoque en la eficiencia conlleva un aumento en los costos de fabricación. Por tanto, cada vez se necesitan más investigaciones para identificar modificaciones que optimicen la transferencia de calor en estos intercambiadores, sin añadir una complejidad excesiva al proceso de producción.

En esta investigación se realiza un estudio numérico CFD en Ansys Fluent de la interacción de mejoras en la transferencia de calor en canales planos usando combinaciones de métodos como generadores de vórtices longitudinales (GVL), ondulaciones de las aletas y protuberancias, en cuatro regímenes de Reynolds entre 2000 y 4000. Esto sobre condiciones de borde y un canal dimensionado en base a un aire acondicionado. Se busca evaluar térmicamente estas configuraciones con el objetivo de seleccionar la combinación que ofrezca el mejor rendimiento.

Con respecto a la implementación de las mejoras, las ondulaciones tuvieron un impacto negativo en el rendimiento térmico, mientras que las protuberancias lo mejoraron en menor medida en comparación con la aleta plana. Sin embargo, la inserción de GVL mejora en más de un 15% todos los escenarios de Reynolds con respecto a la aleta plana, en donde el mayor valor fue de un 22% para Re = 2347. Combinarlas con protuberancias reduce el rendimiento, quedando esta por sí sola como la configuración que genera el mejor rendimiento térmico.