Estudio del rendimiento térmico de un intercambiador de calor de doble tubo recto y compacto en configuración contraflujo mediante el uso de nanofluidos a base de óxido de aluminio AL₂O₃ con simulación CFD

Abstract

El presente trabajo de grado evalúa el efecto de las concentraciones volumétricas de nanopartículas de AL₂O₃ de 0 %, 0.2 %, 0.5 %, 1 %, 2 % y 3 % en agua sobre el rendimiento térmico de un intercambiador de calor de doble tubo recto y compacto en configuración contraflujo. Debido a las limitaciones de falta de disponibilidad de infraestructura experimental en la universidad, el estudio se desarrolló mediante una simulación numérica computacional (CFD). Los resultados recolectados fueron posteriormente analizados y validados con estudios de la literatura científica. En este contexto, el nanofluido fue modelado con un enfoque monofásico con sus respectivas propiedades aparentes dependientes de la concentración. La metodología empleada comprendió el desarrollo del modelo geométrico, la generación de la malla, la definición de las condiciones de frontera, la configuración del modelo en ANSYS Fluent, ejecución de la simulación y su postprocesamiento de resultados. A partir del análisis realizado, se identificó un rango óptimo de concentración cercano al 1% en volumen de nanopartículas AL₂O₃ en el cual se maximiza la cantidad de calor absorbido por el nanofluido y consecuentemente, el rendimiento térmico del intercambiador. Este comportamiento mostro concordancia y fue validado con otras investigaciones.