Análisis del comportamiento de sistemas estructurados con microcanales rectilíneos en operaciones de transferencia de calor y/o masa

Abstract

La intensificación de los procesos procura mantener el nivel de producción o servicio mejorando el aprovechamiento de los recursos, reduciendo los costos y disminuyendo la contaminación. En este contexto, los sistemas estructurados del tipo monolitos formados por canales rectilíneos, proveen una gran capacidad de transferencia de energía/materia hacia o desde las paredes con una relativamente baja pérdida de presión, lo cual los convierte en una alternativa de consideración. En este trabajo se realizaron análisis numéricos del fenómeno de transferencia de calor en ductos con distinta sección transversal (cuadrada, rectangular, triangular, sinusoidal y circular con aletas, todas variando las relaciones de aspecto) para condiciones de flujo laminar completamente desarrollado y en desarrollo, utilizando la plataforma comercial CFD Comsol Multiphysics. Las condiciones de contorno analizadas incluyeron temperatura y flujo de calor constantes en la pared. Se presenta un extenso conjunto de resultados para el número de Nusselt, en función de la coordenada axial y del número de Prandtl. Adicionalmente, se desarrollaron y se ajustaron los parámetros de una correlación que permitió sistematizar los resultados numéricos con un destacable grado de generalidad y precisión. Como aplicación práctica de los sistemas de canales rectilíneos se diseñaron térmicamente, construyeron y ensayaron en banco, una serie de intercambiadores de calor (recuperadores) para precalentar el aire frio de entrada a los calefactores a gas de tiro balaceado empleando los gases de combustión de salida, y, de este modo, mejorar la relativamente baja eficiencia térmica de las unidades comercializadas en la actualidad.