La mayoría de los evaporadores de refrigeración para enfriamiento de aire usan el concepto
de intercambiador de tubos y aletas, en que un refrigerante se evapora en el interior de
tubos horizontales que forman un haz. Dado que el coeficiente convectivo del aire exterior
es mucho menor que el de evaporación, la superficie externa se extiende mediante aletas
paralelas que abarcan el haz completo.
Para los coeficientes convectivos externos en flujo cruzado de aire respecto al haz
de tubos se dispone de varias correlaciones empíricas. En la presente memoria se realiza
la determinación de los coeficientes externos mediante simulación numérica, usando el
software Comsol.
Dada la complejidad geométrica de estos equipos, que requiere de computadores de
gran capacidad de memoria y de procesamiento, se restringió el estudio a 6 casos con
tubos en línea, variando el diámetro y los espaciados de tubos paralelo y transversal al flujo,
usando valores recomendados para estos parámetros. Aunque el flujo es tridimensional, se
debió restringir el estudio a una versión bidimensional de los arreglos, consistente en una
estructura básica de 4 tubos. Además se desacoplaron los fenómenos de transferencia de
calor entre el aire y los tubos, de la transferencia de calor en las aletas.
Se creó un modelo de flujo y transferencia de calor a bajos números de Reynolds
(10³-10)
para determinar coeficientes convectivos en la configuración de 4 tubos,
arrojando dependencias entre el coeficiente convectivo y el número de Reynolds. Los
modelos se validaron por comparación con resultados empíricos para el caso de tubo único.
El análisis de los campos de flujo y temperatura caracteriza el fenómeno como uno de
capa límite. En la selección de mallas se intentó suprimir las oscilaciones numéricas en el
coeficiente superficial de convección alrededor del tubo, y reproducir su evolución lo largo
del arco, según se describe en la literatura. Para las aletas se usó un modelo de conducción
3D aplicado a una configuración unitaria de 4 tubos, variando el espesor y el número de
Reynolds del flujo. Se comprobó que las aletas de aluminio entregan eficiencias superiores
al 70%.
Los coeficientes convectivos se representaron por una expresión en términos de
los parámetros independientes. Las restricciones geométricas indicadas, así como el
estrecho rango de Reynolds usado, limitan la generalidad de esta expresión. Se indican las
directrices generales para la continuación de este estudio
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UCHILE/oai:repositorio.uchile.cl:2250/104191 |
| Date | January 2011 |
| Creators | Bozzo Muñoz, Francisco José |
| Contributors | Frederick González, Ramón, Román Latorre, Roberto, Valencia Musalem, Álvaro, Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas, Departamento de Ingeniería Mecánica |
| Publisher | Universidad de Chile |
| Source Sets | Universidad de Chile |
| Language | Spanish |
| Detected Language | Spanish |
| Type | Tesis |
| Rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Chile, http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/cl/ |
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