Contraste entre coeficientes de transferencia de calor en el exterior de bancos de tubos con aletas continuas obtenidos por simulación numérica con medidas experimentales

Abstract

Los intercambiadores de tubos con aletas continuas son extensamente utilizados en una variedad de aplicaciones de intercambio térmico gas-liquido entre las que pueden incluirse: condensadores y evaporadores en equipos de acondicionamiento de aire, enfriadores de agua y de aceite en vehículos de transporte y carga, aeroenfriadores/ condensadores en industrias de procesos y de generación de energía eléctrica. Dada la importancia de este tipo de dispositivos, y la dificultad que presenta la estimación de su comportamiento termo-hidráulico en el lado exterior de los tubos, distintos autores han ensayado experimentalmente y publicado resultados para un amplio rango de velocidades de gas. Sin embargo, el costo de construir y medir experimentalmente un intercambiador de este tipo en un túnel de viento hace que en la bibliografía se encuentren resultados solo para un rango acotado de pasos transversales y longitudinales entre tubos. Simultáneamente, es frecuente encontrar resultados dispares al comparar ensayos realizados en condiciones similares. Por otro lado, las plataformas de simulación numérica constituyen una herramienta extensamente utilizada para estudiar el comportamiento de sistemas de intercambio térmico, incluido el caso de intercambiadores de tubos con aletas continuas. Al respecto existe una amplia bibliografía donde se reportan resultados de simulaciones por CFD y se los compara con medidas experimentales de coeficientes de transferencia de calor. La comparación de los resultados no es siempre satisfactoria, dando cuenta del desafío que representa el uso de esta herramienta para estudiar este tipo de dispositivos. En este trabajo se presentan resultados de simulaciones CFD realizadas en la plataforma Comsol Multiphysics que reproducen numéricamente las condiciones fluidodinámicas en las distintas configuraciones geométricas ensayadas por diferentes autores. Estos valores se contrastan con los resultados experimentales extractados de los distintos trabajos y a partir de esta comparación se analiza la capacidad de predicción de la velocidad de transferencia de calor en el exterior de los tubos, a la vez que se discuten, las limitaciones a la hora de replicar resultados obtenidos experimentalmente.