Diseño de termosifones. Influencia de las propiedades termofísicas del fluido de trabajo

Abstract

La disipación del calor generado, con un gradiente de temperatura aceptable para muchas aplicaciones, se ha convertido en uno de los problemas fundamentales para el desarrollo de las tecnologías térmicas. Además, los problemas medioambientales, derivados de la actual situación energética, hacen cada vez más necesario la optimización de los sistemas de transporte de energía y la búsqueda de soluciones limpias y sostenibles.Constantemente se desarrollan numerosos dispositivos para mejorar la transferencia de energía en su forma térmica. Un termosifón es un dispositivo sencillo, fiable y muy efectivo para el transporte de calor que no requiere un suministro externo de potencia.La línea principal de trabajo de la tesis ha consistido en determinar cuál puede ser la influencia de las propiedades termofísicas del fluido de trabajo en la eficiencia y el diseño de un termosifón, cuyo rango de funcionamiento sea para bajas temperaturas.En la primera parte del estudio se ha realizado una búsqueda sistemática de sustancias que cumplan las condiciones necesarias para poder ser ensayadas. Se han determinado las propiedades termofísicas a estudiar y se han hallado las ecuaciones de estado de cada una de ellas para todas las sustancias seleccionadas. Con el fin de ampliar las posibilidades del trabajo se ha experimentado, también, con mezclas azeotrópicas.En la tesis se ha realizado una investigación, predominantemente experimental, sobre el comportamiento de cuatro termosifones, con distintos fluidos de trabajo, tres con forma cilíndrica y otro de forma prismática, diseñados para transportar potencias comprendidas entre 50 y 500 W construidos con tres tipos distintos de metales: cobre, aluminio y acero inoxidable. Se ha trabajado con cuatro temperaturas próximas al ambiente y tres niveles de llenado.Se ha desarrollado una metodología específica y un protocolo de ensayos muy detallado para realizar los experimentos que permitan medir con precisión la eficacia de los termosifones.Se han utilizado métodos estadísticos, como el diseño de experimentos y análisis de regresión multivariable, para evaluar la influencia de las distintas propiedades termofísicas y las interacciones entre ellas en la eficiencia del termosifón.Se ha encontrado la forma de generalizar los resultados en función de las propiedades de las sustancias, determinándose cuales son las características termofísicas más influyentes. Por último se ha encontrado una relación sencilla entre las propiedades y el punto óptimo de la eficiencia térmica de los termosifones.Entre las aplicaciones más importantes de los termosifones, a desarrollar en un futuro inmediato, están la disipación de calor en todo tipo de equipos electrónicos y en módulos Peltier.Palabras clave: Termosifón, fluidos de trabajo, flujo bifásico, propiedades termofísicas, eficacia. es