Técnicas de mejora de la transferencia térmica en tubos de intercambiadores de calor industriales para flujo monofásico laminar y turbulento

Resumen

La tesis doctoral es una investigación principalmente experimental de dos técnicas de mejora de la transferencia de calor del tipo denominado "rugosidad arficial". Se trata de producir una deformación en frío en tubos lisos con el objeto de mejorar la transferencia de calor. Este proceso de deformación tiene un bajo coste de fabricación y produce mejoras de la transferencia de calor interesantes para su aplicación práctica en intercambiadores de calor de tipo industrial. El trabajo ha comprendido el diseño y construcción de una nueva instalación experimental, así como del desarrollo de procedimientos de medida para asegurar amplios rangos experimentales de flujo con precisiones de medida adecuadas. En la tesis se han caracterizado dos familias de tubos mejorados: 1.- Tubos corrugados en espiral: se trata de tubos rugosos fabricados por la rodadura de una herramienta cilíndrica provista de un relieve en forma de corona. 2.- Tubos con abolladuras en espiral: en este caso la rueda que produce la deformación está provista de protuberancias semiesféricas equiespaciadas. Se han proporcionado correlaciones prácticas para las regiones laminar, transición y turbulenta, válidas para aplicaciones prácticas de diseño en amplios rangos tanto geométricos como de flujo. Además se ha establecido la influencia de la geometría de la rugosidad en el aumento de la pérdida de presión y transferencia de calor, proponiéndose un gráfico para seleccionar la geometría más óptima en función de las características del flujo. Por último, se ha realizado, calibrado y validado un modelo computacional del elemento directo para predecir factores de fricción y números de Nusselt en tubos deformados mecánicamente mediante abolladuras en espiral.