SISTEMA DE REFRIGERACIÓN DE MOTO DE COMPETICIÓN

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1 SISTEMA DE REFRIGERACIÓN DE MOTO DE COMPETICIÓN Autor: Serrano Gil, Luis Directores: Mochón Castro, Luis Entidad Colaboradora: ICAI - Universidad Pontificia Comillas RESUMEN DEL PROYECTO Introducción y estado del arte Un intercambiador de calor es un dispositivo térmico con el objetivo de transferir calor entre dos fluidos a diferentes temperaturas. La principal parte de un sistema de refrigeración es su intercambiador de calor cuyo objetivo es mantener unas condiciones óptimas de temperatura del motor de combustión interna. Con la creciente importancia de los problemas ambientales a nivel mundial, el uso eficiente de la energía se convierte cada día que pasa en un objetivo de la ciencia y la tecnología. Entre las diversas técnicas a mejorar, los intercambiadores de calor son uno de los principales componentes comunes en una amplia variedad de procesos de manipulación de energía térmica, es por ello, que la mejora del rendimiento de los intercambiadores de calor afecta, tanto directa como indirectamente, al rendimiento del resto de dispositivos que componen una máquina o sistema. Por tanto, el presente proyecto tiene como objetivo el estudio de la optimización de los intercambiadores de calor. En general, la mejora de la transferencia de calor se logra mediante el empleo de superficies de transferencia de calor extendidas, las aletas. Aunque el rendimiento del intercambiador de calor se ha incrementado admirablemente con estas superficies también ha dado como resultado el aumento del coste de su fabricación. Los sistemas de refrigeración de los motores de combustión actuales tienen la similitud de emplear radiadores con tubos de gran sección y flujo turbulento. En la era de la tecnología y la optimización del tamaño de las cosas, nos planteamos si podemos hacer lo mismo con el sistema de refrigeración. Por ello, se estudiará la tendencia actual de usar microtubos con flujos laminares. Como esta tendencia es muy actual, hay pocos precedentes sobre el uso de microtubos en sistemas de refrigeración, por tanto, no hay certeza absoluta sobre el resultado que cabe esperar, aunque todo indica que será mucho más ventajoso el uso de microtubos que tubos de gran sección.

2 Objetivos y trabajo realizado El objetivo de este proyecto es un estudio, análisis y simulación de un radiador de microtubos, que permita sustituir a los radiadores de flujo turbulento y tubos de gran sección, con una disminución de volumen y peso. Este objetivo fue alcanzado exitosamente. El trabajo se organizó en las siguientes fases. - Ensayo de un radiador convencional. El ensayo se realizó en los laboratorios de ICAI y se obtuvieron sus parámetros de funcionamiento. - Simulación fluido-dinámica de un radiador de microtubos. La simulación se llevó a cabo con el software Ansys, con el que se determinó la velocidad de paso del flujo externo a través del haz. - Recreación de un prototipo de un radiador de microtubos. Tras obtener los parámetros del radiador convencional y el flujo de paso del aire del radiador de microtubos se optimizó con GAMS el radiador de microtubos, con el objetivo de diseñar un radiador semejante en prestaciones al convencional pero más eficiente, esto es, con menor volumen y menor peso. Los parámetros fijados del radiador convencional son: potencia térmica intercambiada, pérdida de carga, ancho del radiador y profundidad. Conclusión Tras identificar y marcar unos objetivos claros, ambiciosos y alcanzables. Después de establecer una hoja de ruta clara, ordenada y efectiva se obtuvieron los siguientes parámetros de un radiador de microtubos: Diámetro exterior, D 0,899 [mm] Diámetro interior, D i 0,76 [mm] Longitud microtubos, L 105 [mm] Reynolds Interior 1994,22 [-] Tubos longitudinales, N L 140 [-] Tubos transversales, N T 17 [-] Número total tubos 2380 [-] NUT 1,45 [-] Volumen core 656 [cm 3 ] Que comparándolos con el radiador convencional se comprueba las ventajas de usar uno de microtubos.

3 Convencional Microtubos Ancho (mm) Profundidad (mm) Largo (mm) Volumen (cm 3 ) Peso Core (gr) Por tanto, con el uso de un radiador de microtubos conseguiremos una disminución de volumen en torno al 50% y una disminución en peso del 80%.

4 RACING MOTORBIKE S COOLING SYSTEM Author: Serrano Gil, Luis Directors: Mochón Castro, Luis Collaborating Entity: ICAI - Universidad Pontificia Comillas SUMMARY OF THE PROJECT Introduction and state of art A heat exchanger is a thermal device used to transfer heat between two fluids with different temperatures. The heat exchanger is the main part of a cooling system. The aim of the cooling system is to maintain the engine s temperature. With the growing importance of global environmental problems, efficient energy utilization becomes an ever more urgent target in science and technology. Heat exchanger is one of the major components common in a wide variety of thermal energy handling processes. Improvement of heat exchanger performance affects both directly and indirectly the performance of various devices and systems, and it would lead to better utility and industrial energy plants, air-conditioning systems and even information devices, all of which should contribute to reduction of emission of greenhouse effect gases. Hence, the present work is aimed at developing an optimum design tool of highperformance heat exchangers. Generally, heat transfer enhancement is achieved by employing extended heat transfer surfaces, such as louvered fins and offset-fins. Although the modern heat exchanger performance has been admirably increased with these elaborate heat transfer surfaces, it has also resulted in the increased manufacturing cost due to ad-hoc fabricating processes. Common heat exchanges have a large section and turbulent flow. In the technology age, we wanted to know if it is possible to reduce this section with micro bare-tubes and laminar flow. There are few precedents about this, so that, the result is unpredictable.

5 Objectives and work The main goal of this Project is the realization of a rigorous and detailed optimal design of micro bare-tube heat exchanger, enabling the substitution of heat exchanges with large section. The objective was successfully achieved. This work was organized by the following phases. - Conventional heat exchanger test. The test was performed in ICAI labs and operating parameters were obtained. - Micro bare-tube heat exchanger fluid dynamics simulation. The simulation was carried out with Ansys software. The speed of the airflow through the core was determined in this simulation. - Recreation of a micro bare-tube heat exchanger prototype. After obtaining operating parameters, the micro bare-tube exchanger was optimized with GAMS software. Fixed parameters were: heat exchange rate, pressure drop of flow inside the tube, core width and core depth. Conclusions Objectives and methodology to follow were established on a reasonable and effective way. The parameters obtained with the simulation were: Outer diameter, D 0,899 [mm] Inner diameter, D i 0,76 [mm] Micro-tube length, L 105 [mm] Interior Reynolds 1994,22 [-] Longitudinal tubes, N L 140 [-] Transversals tubes, N T 17 [-] Total micro-tubes 2380 [-] NUT 1,45 [-] Core volume 656 [cm 3 ] The advantage of using micro bare-tube exchanger instead of conventional heat exchanger is demonstrated with the following table.

6 Conventional Micro-tube Width (mm) Depth (mm) Length (mm) Volume (cm 3 ) Core weight (gr) Finally, using micro bare-tube heat exchanger we will be able to decrease 50% its core volume and 80% its core weight.