ANÁLISIS DE TRANSFERENCIA DE CALOR DE LA CAJA CONTROL PARA REFRIGERADOR MABE

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Jaime Montes Alcaraz
hace 6 años
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1 ANÁLISIS DE TRANSFERENCIA DE CALOR DE LA CAJA CONTROL PARA REFRIGERADOR MABE Mauricio de Alba Rosano Lázaro Duarte de Robles Jose Luis Moreno Vicencio Eduardo Alba Ruiz MABE Tecnología y Proyectos D. R. Mabe México, S. de R. L. de C. V.

Resumen En el presente trabajo se expone el análisis y diseño de la Caja Control de un refrigerador, ullizando ANSYS CFX, corroborando los resultados con pruebas de laboratorio.

2 Resumen En el presente trabajo se expone el análisis y diseño de la Caja Control de un refrigerador, ullizando ANSYS CFX, corroborando los resultados con pruebas de laboratorio. Para este análisis se consideraron los tres mecanismos de transferencia de calor (Transferencia de Calor Conjugada). Este análisis se juslficó debido a la presencia de deformaciones en la caja de control del refrigerador debido a las temperaturas elevadas generadas por el foco durante la prueba de Show Room (norma Mexicana NMX-J-521). Esta prueba consiste en dejar el refrigerador con la puerta abierta y el foco encendido durante doce horas en donde no deben presentarse deformaciones en los componentes de la caja control.

3 Descripción de la Especificación de Prueba En general todos los productos de mabe son someldos a diferentes pruebas para asegurar el buen funcionamiento de sus productos. La prueba de Show Room es una de las pruebas hechas en refrigeradores para asegurar que el producto no presente deformaciones en las piezas pláslcas durante su ciclo de vida. Esta prueba se fundamenta en el hecho de que los refrigeradores que se encuentran en exhibición para su venta permanecen durante horas con la luz encendida por lo que se hace necesario asegurar que el diseño de Caja Control para refrigeradores, ver figuras 1 y 2, no presenten ninguna deformación perceplble durante esta prueba. Es importante resaltar que en los diseños de refrigeradores mabe se Lenen diseños que ullizan foco incandescente y Luz Led siendo el foco el caso mas crílco. La prueba de Show Room consiste en dejar el foco encendido y la puerta abierta durante doce horas sin presentar deformaciones en los componentes de la Caja Control, ver figuras 3 y 4.

4 Cubierta de PSC Foil de Aluminio Foco Caja Control Figura 1. Caja Control con Cubierta. Liner Figura 2. Caja Control sin Cubierta.

5 Figura 3. Prueba de Show Room (Puerta entreabierta). Figura 4. Prueba de Show Room (Iluminación).

6 Descripción del Modelo CFD Con la finalidad de poder entender el fenómeno y evitar cualquier deformaciones en el diseño, así como proponer mejoras en el mismo se construyó un modelo de CFD que considera las partes mostradas en las figuras 1 y 2. El modelo virtual se muestra en la figura 7. Para saber si los resultados obtenidos mediante el modelo virtual son aceptables y que estos resultados pudieran reflejar con cierta precisión los cambios en el diseño, se construyó un modelo preliminar como Línea base en el cual se reprodujeron los perfiles de temperatura, y éstos fueron comparados contra los datos experimentales de temperatura. El Diseño preliminar presentaba de ranuras horizontales en la Cubierta de PSC y ranuras inclinadas en la parte lateral de dicha cubierta así como un foil de aluminio pegado al Liner justo arriba del foco, ver figura 8.

7 Caja Control (HIPS) Foco (30W Línea Base) Liner (toda la parte superior del modelo y trasera, HIPS) Aire Cubierta (PSC) Foil de Aluminio Figura 7. Modelo Virtual de la Caja Control.

8 Figura 8. Diseño Preliminar de la Cubierta de PSC.

9 Resultados Experimentales del Diseño Preliminar 9 Figura 9. Resultados experimentales de Temperaturas. Debido a que las temperaturas de deflexión del PSC es de 98 C y de 85 C (HDT) para el HIPS virgen, el objelvo de diseño para los componentes pláslcos es mantener el valor de las temperaturas cercanas a las temperaturas de deflexión.

10 Resultados CFD de Temperaturas Figura 10. Contornos de temperatura en el foil de aluminio. La diferencia entre Temperatura del Foil y HDT del HIPS es del 40.5% para la línea base. Figura 11. Contornos de temperatura en la Cubierta de PSC.

11 Resultados CFD de Velocidades Figura 12. Contornos de temperatura y vectores velocidad, Plano lateral. Figura 13. Contornos de temperatura y vectores velocidad, Plano Frontal. De los resultados anteriores se puede observar que las predicciones de las temperaturas mediante el modelo de CFD Lene diferencias con respecto de los datos experimentales no mayores a 10 C con respecto a las mediciones, lo cual resulta aceptable y benéfico para fines de diseño ya que el ingeniero procura diseñar sobre el peor escenario.

Resumen de los Resultados en las Iteraciones 1º Iteración: 1.

Eliminación de ranura inferior en los laterales de la cubierta.

12 Resumen de los Resultados en las Iteraciones 1º Iteración: 1. Ranura longitudinal en la parte inferior de la cubierta. Mejora=17.24 % 2. Ranuras horizontales en los laterales de la cubierta. 3. Eliminación de ranura inferior en los laterales de la cubierta. Figura 14. Contornos de temperatura en el foil de aluminio. Figura 15. Contornos de temperatura en la Cubierta de PSC.

13 Figura 16. Contornos de temperatura y vectores velocidad, Plano lateral. Figura 17. Contornos de temperatura y vectores velocidad, Plano Frontal.

Ranura a través de los laterales de la caja control. 3. El foco se bajo 0.

14 2º Iteración: 1. Ranuras longitudinales e inferiores se manlenen igual al caso anterior. 2. Ranura a través de los laterales de la caja control. 3. El foco se bajo 0.16 in. Figura 18. Contornos de temperatura en el foil de aluminio. Figura 19. Contornos de temperatura en la Cubierta de PSC. Mejora=32.76 %

15 Figura 20. Contornos de temperatura y vectores velocidad, Plano lateral. Figura 21. Contornos de temperatura y vectores velocidad, Plano Frontal.

16 10º Iteración (Iteración Final): 1. Ranuras inferiores verlcales. 2. Ranuras laterales permanecen iguales que en los casos anteriores. 3. Ranura a través de los laterales de la caja control. 4. El foco permanece abajo 0.16 in. 5. Se hicieron orificios en la parte posterior en la caja control para desalojar aire caliente. 6. Se redujo la potencia del foco de 30 W a 20 W sin sacrificar Iluminación. 7. El foil original de aluminio fue susltuido por uno con espuma de PE y aluminio.

17 Figura 22. Contornos de temperatura en el foil de aluminio. Mejora= 58.6% Figura 23. Contornos de temperatura en la Cubierta de PSC.

18 Figura 24. Contornos de temperatura, Plano lateral. Figura 25. Contornos de temperatura, Plano Frontal.

19 Figura 26. Vectores velocidad, Plano lateral. Figura 27. Vectores velocidad, Plano Frontal. Figura 28. Líneas de Corriente.

20 Figura 29. Resultados experimentales de Temperaturas para la modificación final. Cabe destacar que mediante la implementación de las modificaciones en los componentes de la caja control no se presentaron deformaciones perceplbles en el Liner y la cubierta de PSC, asegurando así el buen funcionamiento de los componentes.

Análisis Para el caso de Luz Led Con la finalidad de asegurar que el

las mismas piezas pláslcas bajo las mismas condiciones de operación de

en el Foil. 33. Contorno de Temps. en caja control. 34.

21 Análisis Para el caso de Luz Led Con la finalidad de asegurar que el diseño con Luz Led está dentro de los límites de diseño, se analizan las mismas piezas pláslcas bajo las mismas condiciones de operación de la prueba. Figura 32. Figura 33. Figura Contorno de Temps. en el Foil. 33. Contorno de Temps. en caja control. 34. Vectores de velocidad, plano frontal. 35. Vectores de velocidad, plano lateral. Figura 35.

22 Conclusiones En este trabajo se presentó de manera resumida el proceso de diseño para algunos componentes del refrigerador que operan en condiciones crílcas desde el entendimiento y reproducción del fenómeno ksico, llevando a cabo modificaciones virtuales que no resultan muy costosas y reflejan las mejoras en el diseño. También mediante el uso de herramientas CAE pudo determinarse si cada uno de los componentes diseñados son manufacturables y de esta forma asegurar con una mayor certeza su fabricación. En resumen el uso de las herramientas CAE en el proceso de Diseño de componentes en la industria de ElectrodomésLcos resulta de gran ayuda debido a que se puede conocer de manera económica el desempeño de cada componente y proponer mejoras en el diseño.

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