Estudios sobre el comportamiento fluido-dinámico y térmico del hielo líquido en procesos de intercambio de calor

Resumo

El objetivo principal de esta tesis es el estudio experimental del comportamiento de diferentes tipos de intercambiadores de calor empleando hielo líquido como medio de enfriamiento. Los intercambiadores de calor estudiados han sido, por este orden";" un fancoil, dos intercambiadores de placas y siete serpentines helicoidales. Para llevar a cabo este estudio, se ha construido un banco de ensayos que se ha ido adaptando a los requerimientos particulares de cada uno de los intercambiadores estudiados. Los resultados experimentales obtenidos en cada caso se han comparado con la limitada bibliografía disponible en la literatura sobre el comportamiento del hielo líquido en los diferentes tipos de intercambiadores. En cuanto a la composición de esta tesis, se ha estructurado en siete capítulos, tal y como se expone a continuación: En el capítulo 1 se realiza una breve introducción a la situación actual en lo que se refiere al empleo de hielo líquido como medio de enfriamiento. En ella se recogen aspectos como las características físicas del hielo líquido, ventajas e inconvenientes, los campos de aplicación presentes y futuros o los sistemas de generación y almacenamiento. En el capítulo 2 se describen las características generales del equipo experimental empleado, incluyendo la descripción del sistema de adquisición de datos, los equipos de medida empleados, así como el software desarrollado para su gestión. La descripción del equipo experimental se complementará en cada capítulo con las particularidades específicas de cada uno de los montajes experimentales realizados. Además, en este capítulo se describe la metodología experimental empleada, incluyendo los procedimientos de cálculo seguidos, tanto para caracterizar el hielo líquido, como para obtener los parámetros que definen su comportamiento, así como la metodología general seguida en los ensayos. En este capítulo también se describe el análisis de incertidumbres y se discute la validez de la metodología experimental desarrollada. En el capítulo 3 se muestran los resultados obtenidos sobre el comportamiento de un fancoil comercial operando con hielo líquido, así como un modelo matemático desarrollado y validado para predecir su comportamiento. En el capítulo 4 se muestran los resultados correspondientes al estudio experimental de dos intercambiadores de placas con aletas tipo “offset strip-fins”, incluyendo una descripción detallada de la metodología basada en el método de Wilson empleada para su análisis. El capítulo 5 se centra en el análisis del comportamiento de serpentines helicoidales con hielo líquido. Debido a las limitaciones observadas para el análisis térmico con el equipo experimental empleado, este capítulo se ha focalizado en el comportamiento dinámico. Estas limitaciones son analizadas detalladamente en el capítulo, planteándose alternativas para su análisis de cara al futuro. En el capítulo 6 se exponen los resultados experimentales obtenidos del estudio del comportamiento del sistema de generación de hielo líquido, con especial atención al efecto que la sustitución del refrigerante R22 por R417A tiene sobre el comportamiento de la instalación. Finalmente, en el capítulo 7 se exponen las conclusiones generales extraídas del trabajo realizado y de sus resultados. También se plantean los trabajos de investigación que se pretenden desarrollar en el futuro dentro de la línea de investigación en la que se enmarca esta tesis doctoral.