Diseño y construcción de una propuesta de intercambiador de calor compacto con materiales porosos

Abstract

Este proyecto de investigación se enfocó en el diseño y evaluación experimental de un intercambiador de calor compacto fabricado con materiales porosos para analizar el calor transferido entre dos fluidos al variar el área de contacto de los fluidos. Se llevaron a cabo pruebas de laboratorio centradas en aspectos termofluidicos bajo flujo de aire. Se construyo un circuito experimental con instrumentación para medir presión, flujo y temperatura en ambos fluidos. Se desarrollo un intercambiador de calor compacto el cual permite variar el área por la cual pasa el agua y también el área de contacto por donde pasa el aire. El intercambiador permitió realizar mediciones con tres tipos de configuraciones, la primera configuración permite realizar pruebas sin el material de estudio con tres o seis canales de agua, la segunda permite realizar pruebas con tres conductos de agua y una esponja metálica de cobre y la tercera configuración permite evaluar seis canales de agua y dos esponjas metálicas de cobre. En cada prueba se variaron los flujos de agua y aire de tal forma que obtuvieron datos para cuando el flujo de agua estuviera en 0.5, 1, 1.5, 2, 2.5 y 3 gal/min; por otra parte, para el flujo del aire se obtuvieron datos a 7.068, 11.337, 15.054, 18.263, 20.995 y 23.408 l/min. Entre los resultados destacan las pruebas realizados cuando el intercambiador estaba configurado con seis canales de agua y dos esponja ya que muestran el mayor ΔT dado en las pruebas.

This research project focused on the design and experimental evaluation of a compact heat exchanger made from porous materials to analyze the heat transferred between two fluids by varying the contact area of the fluids. Laboratory tests were conducted, focusing on thermofluid aspects under airflow. An experimental circuit was built with instrumentation to measure pressure, flow, and temperature in both fluids. A compact heat exchanger was developed that allows for varying the area through which water passes and the contact area through which air passes. The heat exchanger enabled measurements with three types of configurations. The first configuration allows for tests without the material under study with three or six water channels, the second allows for tests with three water channels and a copper metal sponge, and the third configuration allows for evaluating six water channels and two copper metal sponges. In each test, the water and air flows were varied to obtain data when the water flow was at 0.5, 1, 1.5, 2, 2.5, and 3 gal/min; on the other hand, for the air flow, data were obtained at 7.068, 11.337, 15.054, 18.263, 20.995, and 23.408 l/min. Among the results, the tests conducted when the heat exchanger was configured with six water channels and two sponges stand out, as they show the highest ΔT observed in the tests.