Diseño y desarrollo de un dispositivo de enfriamiento acelerado para fluidos dentro de cavidades cilíndricas

Ramírez Alvarado, César Javier (2015) Diseño y desarrollo de un dispositivo de enfriamiento acelerado para fluidos dentro de cavidades cilíndricas. Maestría thesis, Universidad Autónoma de Nuevo León.

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Resumen

En este trabajo, se presenta la investigación realizada para el desarrollo y evaluación del funcionamiento de un dispositivo de enfriamiento acelerado para fluidos dentro de cavidades cilíndricas, lo cual involucra identificar los parámetros que rigen el fenómeno de la transferencia de calor por convección y en base a un movimiento oscilatorio, inducir un flujo inercial dentro de la cavidad, para mantener una mayor diferencia de temperatura entre la superficie del cilindro y el fluido en su interior. Para la identificación de estos parámetros se desarrolló una metodología experimental en la cual, mediante un calorímetro tipo túnel de viento y un modelo físico, se evalúo la temperatura del fluido contenido en 6 cavidades cilíndricas logrando identificar la combinación de velocidad de flujo y patrón de agitación, con el objetivo de que la disminución de temperatura fuese en un tiempo más corto en comparación con un refrigerador y un congelador estándar. Una vez obtenidos los resultados experimentales del modelo físico, se diseñó un dispositivo similar al del modelo físico para ser adaptado y evaluado dentro de un sistema de refrigeración (R/C), lo cual requería un mecanismo para producir un movimiento oscilatorio y conducir un flujo de aire a baja temperatura proveniente de la zona del congelador a la sección de prueba donde se encuentran las cavidades cilíndricas. Para el diseño del mecanismo se realizó un análisis de posiciones, velocidades, aceleraciones y momentos de inercia de cada uno de los elementos para conocer el torque necesario para el movimiento. Para conducir el aire a baja temperatura desde la zona del congelador al dispositivo, se realizaron modificaciones al ducto principal de ventilación del refrigerador y se utilizó un ventilador, el cual fue evaluado en un túnel de viento para conocer su curva de funcionamiento y su punto de operación. El funcionamiento del dispositivo se ve afectado por las caídas de presión a lo largo de los ductos de ventilación del refrigerador -congelador, con lo cual el tiempo de enfriamiento de 21 a 5 ◦C es del orden de 35 minutos, por lo cual se realiza una modificación adicional a los ductos, logrando disminuir el tiempo de enfriamiento aproximadamente entre 25 y 30 minutos. Debido a esto, se decide utilizar el dispositivo en un congelador horizontal en donde la recirculación del aire es más óptima logrando completar el proceso de enfriamiento de 15 a 17.5 minutos, con lo que se disminuye el tiempo de enfriamiento del fluido dentro de las cavidades.

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