Diseño de un banco de pruebas para el análisis de eficiencia y efectividad en superficies extendidas (aletas)

Abstract

La facultad de ingeniería mecánica perteneciente a la ESPOL no cuenta con un equipo para realizar pruebas en superficies extendidas (aletas). Por ello se desea implementar un banco de pruebas, que permita explicar de forma experimental los fenómenos que ocurren en la transferencia de calor en superficies extendidas. El banco de pruebas debe ser capaz de simular varias condiciones de ensayo, con diferentes temperaturas en la placa base de la aleta, velocidades de flujo, convección libre y forzada, con diferentes configuraciones, materiales y dimensiones de aletas. El banco de pruebas para aletas contempla 4 sistemas importantes, estos incluyen el diseño de las aletas, túnel de viento, sistema de calentamiento y sistema de adquisición de datos. Para el diseño de las aletas, se contempla 3 configuraciones, aleta recta rectangular, de punta recta y banco de aletas en tres materiales: aluminio, acero y bronce. Para el diseño del túnel de viento se seleccionó el ventilador de mayor capacidad disponible en el mercado local ecuatoriano, con lo cual se calculó la máxima velocidad de flujo. Para el sistema de calentamiento se consideró el máximo calor disipado por las aletas. El sistema de adquisición de datos fue realizado con termistores NTC los cuales son pequeños y de gran precisión. Se compararon los resultados analíticos con los simulados, y se encuentra variaciones en la temperatura en la punta de las aletas menores al 2.3 %. Con las simulaciones se obtuvo el perfil de temperatura de las aletas lo cual demostraba transferencia de calor unidimensional y la condición de convección en la punta que se asumió durante el diseño de las aletas. Se calculó analíticamente las eficiencias de las aletas y se encontró que para el aluminio se tiene mayor eficiencia que el acero y bronce con valores superiores al 90%, mientras que para acero y bronce las eficiencias variaban entre 70 y 75% en convección natural, y del 45 al 65 % para convección forzada. Se puede concluir que la construcción de este banco es una gran opción puesto que su costo total esta alrededor de 1600 dólares y es posible realizar pruebas en 3 geometrías de aletas con tres materiales distintos, tanto en convección natural como forzada, a velocidades de flujo de 1, 2, 3 y 4 m/s, mientras que en otros bancos de aletas comerciales tienen un costo de 2000 dólares y solo es disponen de 2 o 3 geometrías de aletas