Comparación de la transferencia de calor mediante generadores de vórtices Delta Winglets curvos y planos en intercambiadores de placa y tubos

Abstract

En el presente informe detalla la investigación sobre la transferencia de calor en el flujo de aire y la superficie de un intercambiador con aletas y tubos con generadores de vórtices delta winglet curvos y planos. Este trabajo es realizado a través de una simulación hecha por Ansys Fluent. El objetivo principal de este trabajo es realizar un estudio sobre el comportamiento térmico de un intercambiador de calor con diferentes generadores de vórtices, a través del software Ansys Fluent. Para ello se debe validar el modelo base obtenido de una investigación experimental. Luego se debe simular el modelo con los cuatros generadores de vórtices diferentes añadidos, los delta winglet curvo 1 (gvdwc 1) y 2 (gvdwc 2) y el delta winglet plano 1 (gvdwp 1) y 2 (gvdwp 2), donde 1 > 2 en tamaño. Para finalizar se interpretan los cambios en los resultados que provocan los generadores de vórtices relacionado al aumento de calor y la pérdida de presión. Los resultados obtenidos de la simulación del caso base confirma la validación, pues la diferencia obtenida en comparación con el estudio experimental fue de un máximo 7,25% y un 3,81% para el factor de Colburn (j) y el factor de Fricción (f) respectivamente. Además se valida la independencia del mallado al tener como máximas 0,93% para el j y 6% para el f, entre los mallados medios y finos. Se observó que la capa límite térmica en todos los casos desaparecía cerca de la zona del primer tubo, debido al flujo turbulento sumado a los vórtices generados por los delta winglets, lo que se traducía en una mejor térmica. Todos los generadores de vórtices añadidos aumentan la transferencia de calor, en el cual los planos fueron los que mejores, siendo el gvdwp 1 el mejor con un 89% de aumento con respecto al caso base. Los generadores de vórtices curvos destacaron en la pérdida de presión, en el cual el más destacado fue gvdwc 2 con solo 24,61%. En cuanto al rendimiento de área, el mejor evaluado fue el gvdwc 2, este criterio privilegia el tamaño de un intercambiador, si su objetivo es en términos económicos este debe elegir. En cuanto al criterio de rendimiento global, el más destacado fue gvdwp 1, si su objetivo es dado aprovechar el máximo la transferencia de calor, este debe elegir.