EVALUACIÓN DEL DISEÑO TEÓRICO Y DEL MODELADO MATEMÁTICO PARA LA DETERMINACIÓN DE LAS IRREVERSIBILIDADES TÉRMICAS Y VISCOSAS EN UN INTERCAMBIADOR DE CALOR DE TERMOSIFÓN CERRADO DE DOS FASES CON ALETAS AXIALES

Resumen

Los intercambiadores de calor que utilizan termosifones se han empleado durante décadas en diversas aplicaciones en las industrias aeronáutica, militar, nuclear y electrónica. Una aplicación que ha despertado un interés reciente, a pesar de haber sido propuesta alrededor de 1992, es el confort térmico en sistemas de aire acondicionado. En este artículo se presenta un diseño de intercambiador de calor que utiliza termosifones con aletas axiales (AFTHE). El diseño actual utiliza como referencia un intercambiador de calor con tubos de calor aletados radialmente, cuyo análisis teórico y experimental ya se encuentra bien establecido. La modelización matemática aplica el método de la eficiencia térmica para determinar magnitudes térmicas de interés y la segunda ley de la termodinámica, con énfasis en el número de Bejan, para determinar las irreversibilidades térmicas y viscosas. Se obtienen y presentan resultados numéricos y gráficos para las siguientes magnitudes físicas: velocidades, números de Reynolds, números de Nusselt, coeficientes de transferencia de calor por convección, número de unidades de transferencia de calor, tasas de transferencia de calor, factores de fricción, caídas de presión y número de Bejan. Los resultados se utilizan para análisis teóricos del evaporador y del condensador del intercambiador de calor, demostrando las consistencias físicas esperadas para todas las magnitudes analizadas. Para consolidar el diseño teórico del intercambiador de calor y el modelo teórico aplicado, se presenta una comparación de las temperaturas de salida del aire y de la efectividad, utilizando resultados teórico-experimentales obtenidos para el intercambiador de calor con aletas radiales, en el evaporador y en el condensador. Las comparaciones realizadas demuestran que el diseño con tubos aletados axialmente presenta un mejor desempeño térmico con una menor área de intercambio de calor que el diseño con tubos de calor aletados radialmente, para las mismas condiciones de entrada. El diseño propuesto presenta resultados prometedores y debería utilizarse en la implementación experimental de un sistema de aire acondicionado para salas quirúrgicas.

DOI: https://doi.org/10.56238/sevened2025.036-128