Caracterización y modelo de una unidad de enfriamiento con elementos móviles a tamaño reducido

Abstract

This work aims to experimentally characterize and model a scaled cooling unit with moving components. The model is developed based on experimental data obtained from the cooling unit, and an empirical equation was sought to predict heat transfer within the unit using the dimensional analysis technique. The experimentation involves introducing water and air flows into the cooling unit at known temperatures and mass flow rates, based primarily on the measurement of inlet and outlet temperatures of the involved fluids. To this end, nine experiments were conducted following the Taguchi method. This method suggests the use of two factors: Factor A and Factor B. Factor A corresponds to the fan’s revolutions per minute (RPM), and Factor B corresponds to the RPM of the motor that moves the paddles of the cooling unit. The experiments consist of keeping the fan RPM constant while increasing the RPM of the motor that stirs the water. During this process, the fluid temperatures at the inlet and outlet are recorded using an instrumentation system that measures the physical properties of the fluids while the unit is operating. With the collected data, an equation is derived to estimate the amount of heat that can be removed from the hot water entering the unit. This equation accurately predicts the thermal behavior of the cooling unit in most cases.

En este trabajo, se busca caracterizar y modelar experimentalmente una unidad de enfriamiento con elementos móviles a escala. El modelo se desarrolla a partir de los datos obtenidos experimentalmente de la unidad de enfriamiento, y se buscó obtener una ecuación empírica que prediga la transferencia de calor en la unidad, mediante el uso de la técnica de análisis dimensional. La experimentación consiste en introducir un flujo de agua y aire a la unidad de enfriamiento a temperatura y flujos másicos conocidos. Basándose en la medición de parámetros, principalmente las temperaturas de entrada y salida de los fluidos implicados. Para esto, se realizaron nueve experimentos siguiendo el método Taguchi. Este método sugiere el uso de dos factores, el factor A y el factor B. El factor A corresponde a las revoluciones por minuto (RPM) del ventilador, y el factor B corresponde a las RPM del motor que mueve las palas de la unidad de enfriamiento. Los experimentos consisten en mantener las RPM del ventilador constantes, mientras que las RPM del motor que agita el agua aumentan. Durante este proceso, se registran los valores de las temperaturas de los fluidos tanto a la entrada como a la salida. Estos valores se obtienen mediante un sistema de instrumentación que mide las propiedades físicas de los fluidos mientras la unidad está en funcionamiento. Con los valores obtenidos, se determina la ecuación que permite estimar la cantidad de calor que puede ser removida del agua caliente que ingresa a la unidad. Dicha ecuación predice con precisión el comportamiento térmico de la unidad de enfriamiento en la mayoría de los casos.