Los efectos de la estructura del cabezal en la distribución del flujo en un evaporador de microcanal

Evaporadores de microcanales (MCE) son tecnologías de transferencia de calor ampliamente utilizadas en el aire acondicionado de automóviles. Su pequeño volumen, alta eficiencia y fácil mantenimiento los convierten en opciones populares; sin embargo, son susceptibles a una mala distribución del refrigerante, lo que tiene graves consecuencias en el rendimiento térmico y debe abordarse de manera efectiva mejorando la distribución del flujo dentro de sus canales. Por lo tanto, este artículo explora experimentalmente cómo las estructuras del cabezal afectan la distribución del flujo dentro de los evaporadores de microcanales.

Los evaporadores de microcanal dependen de un régimen de flujo dentro de su cabezal para controlar cómo se mueve el fluido en su interior. El régimen de flujo dentro de estos microcanales se ve afectado por la temperatura del fluido, que a su vez está determinada tanto por la geometría como por las fuerzas de tensión superficial que actúan sobre el refrigerante de entrada. La mala distribución sólo puede evitarse minimizando los gradientes de presión a lo largo de su cabecera.

Se han propuesto varias estrategias para reducir la caída de presión de un evaporador optimizando la distribución de líquido y vapor dentro de los microcanales. La mayoría de estas estrategias se basan en cambiar las características del flujo o la geometría de los microcanales; aunque efectivas, sus aplicaciones tienden a ser limitadas debido a la complejidad y los costos de capital; Además, no brindan soluciones integrales a los problemas relacionados con la distribución del vapor dentro de los microcanales de un evaporador.

Una de las soluciones más prometedoras es emplear un evaporador de microcanales con orientación de tubo vertical y colectores de gran tamaño, que proporcionan un rendimiento térmico óptimo en diversas condiciones operativas. Un distribuidor de refrigerante interno garantiza una inyección igual de refrigerante a través de tubos de microcanales multipuerto, mientras que los colectores grandes permiten el drenaje libre de la condensación; además, su orientación vertical evita la acumulación de agua en el colector de entrada y las paredes del evaporador.

Los estudios han demostrado que los evaporadores de microcanales pueden beneficiarse significativamente del empleo de diversas estrategias para controlar la distribución del flujo dentro de sus microcanales. Una de esas estrategias implica aumentar el espacio de las aletas para disminuir la caída de presión en el lado del aire de un intercambiador de calor; otro utiliza el diseño de colectores con distribución uniforme de refrigerante; finalmente, el tercero modifica ambas estrategias cambiando los coeficientes de transferencia de calor del lado del aire y del lado del refrigerante de cada microcanal individualmente.

Se llevaron a cabo pruebas exhaustivas comparando el rendimiento del evaporador de microcanales con el del intercambiador de calor de tubos redondos y se descubrió que su caída de presión en el lado del aire era menor cuando se igualaba la capacidad de enfriamiento. Además, desarrollaron un modelo computacional para predecir este factor para los intercambiadores de calor de microcanales y descubrieron que se correlacionaba bien con los datos experimentales y, por lo tanto, demostraron cómo el uso de uno podría reducir la caída de presión del lado del aire hasta en un 27 % sin afectar el rendimiento o la confiabilidad.

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