Análisis exergético de una alternativa recuperativa frente al ciclo de refrigeración del tubo vortex

Abstract

El Tubo Vortex de Ranque-Hilsch (VT) es un dispositivo sin partes móviles que transforma un flujo de un fluido comprimido, generalmente aire, en dos corrientes a menor presión, pero con diferentes temperaturas: una más alta y otra más baja respecto a la de entrada. Aunque el dispositivo presenta una eficiencia exergética relativamente baja, pues no aprovecha la expansión para generar trabajo, ofrece algunas ventajas frente a otros sistemas de refrigeración. La principal radica en su capacidad para generar bajas temperaturas de manera instantánea y regulable. Además, al no contar con partes móviles, no produce vibraciones. Sumado a su diseño compacto y ligero en acero inoxidable, resulta baja la inversión y los costos de mantenimiento. En este trabajo se aborda la optimización exergética del VT y de su configuración de uso actual, el Ciclo Abierto del Tubo Vortex (OCVT, por sus siglas en inglés). Como alternativa al OCVT se propone un Ciclo Recuperativo del Tubo Vortex en sus dos configuraciones, abierto (ROCVT) y cerrado (RCCVT). Ambos destacan por el aprovechamiento de la exergía residual, mientras que el RCCVT permite trabajar con distintos gases alternativos. Mediante un análisis que considera las variables operativas más importantes tales como la compresión del gas (consumo exergético) y la carga térmica (demanda exergética) se logró cuantificar la eficiencia exergética de las configuraciones propuestas. Ambas se presentan como una alternativa en el campo de la refrigeración localizada, produciendo mejoras significativas (alrededor del 50%) respecto a la configuración típica. Adicionalmente a la mejora en el desempeño, las propuestas lograron ampliar el rango térmico de aplicación, alcanzando temperaturas de congelación industrial (-50°C) con relaciones de compresión en el rango de los 15 bar.