Estudio numérico del uso de generadores de vórtices longitudinales en un intercambiador de calor compacto de aletas y tubos

Abstract

Los intercambiadores de calor de aletas y tubos circulares son dispositivos ampliamente utilizados en procesos que requieren de la transferencia de energía en forma calorífica, por ejemplo para enfriar el motor de un auto se utiliza un radiador. Existe una cantidad extensa de estudios que buscan mejorar el rendimiento de estos dispositivos mediante la implementación de generadores de vórtices longitudinales, ya sea variando su posición, orientación, geometría, tamaño, entre muchos otros parámetros. En el presente trabajo se estudian 4 tipos de GVL diferentes: tipo delta winglet, delta winglet curvo, delta winglet con ala secundaria y delta winglet curvo con ala secundaria, y tiene como objetivo principal cuantificar y comparar el rendimiento térmico de los modelos propuestos mediante simulaciones computacionales, para así comprobar cual es el mejor, y además corroborar si añadir un ala secundaria a un generador de vórtices mejora el desempeño de un intercambiador de calor compacto. Para lograr el objetivo principal se emplea una metodología que consiste de 5 etapas: diseño de modelos en Autodesk Inventor, validación del modelo, lograr la independencia del mallado, simular los casos para 5 números de Reynolds bajo condiciones iniciales y de borde definidas, y finalmente analizar los resultados. Para conseguir lo anterior se debe definir un caso base a partir del cual poder comparar los resultados y verificar el cumplimiento de los objetivos. Los resultados demuestran en primera instancia que todos los modelos con generadores de vórtices mejoran el desempeño respecto al caso base, siendo el modelo con GVL tipo delta winglet el que otorga un mejor rendimiento térmico para Re ≥ 2000 logrando un aumento máximo de 36.3 %, no obstante el modelo con GVL tipo delta winglet con ala secundaria presenta el mejor rendimiento para Re = 1000 con un aumento del 28 %. De igual manera el GVL curvo con ala secundaria también presenta un mejor desempeño que el modelo curvo sin ala secundaria para Re = 1000. Si bien los GVL con ala secundaria modelados presentaron un mejor desempeño para Re = 1000, no es posible aseverar de forma directa que la implementación de estos mejoraron considerablemente el rendimiento térmico, sin embargo se pudo visualizar que en régimen laminar efectivamente hay una mejora, por lo que es posible profundizar aún más el estudio de esta incógnita, al considerar nuevas aristas en el diseño de las alas secundarias.