Transferencia de calor en un radiador de motor 4.1L: validación experimental

Resumen

Introducción: El rendimiento térmico de los motores de combustión interna depende en gran medida de la eficiencia de sus sistemas de enfriamiento. Los radiadores desempeñan un papel fundamental en la disipación del calor generado, asegurando el correcto funcionamiento del motor. La optimización del diseño de radiadores mediante herramientas como la dinámica de fluidos computacional (CFD) permite mejorar la transferencia de calor y reducir las pérdidas de presión, lo que resulta en una mayor eficiencia térmica y menor consumo energético. La geometría de los tubos y aletas es un factor determinante en este proceso, ya que influye directamente en la disipación de calor y la caída de presión.

Objetivo: Este estudio tiene como propósito analizar la transferencia de calor en un radiador de motor de combustión interna de 4.1L, combinando simulaciones CFD y validación experimental, con el fin de evaluar su desempeño térmico y optimizar su diseño.

Metodología: Se utilizó un modelo CFD basado en 9 tubos con 4 hileras de aletas, representativo de un radiador comercial de tres columnas de 28 tubos cada una. Se aplicó el modelo de turbulencia k-ω SST y se realizaron simulaciones en ANSYS Fluent. Los resultados numéricos fueron validados con mediciones experimentales en un banco de ensayos, donde se registraron temperaturas, presiones y velocidades de flujo.

Resultados: La validación experimental mostró una diferencia menor al 5.8% respecto a la simulación. Se obtuvo una mejora del 18% en la transferencia de calor y una reducción del 12% en la caída de presión. La disposición geométrica de los tubos y aletas demostró ser un factor clave en la eficiencia térmica, ya que pequeñas modificaciones pueden generar mejoras significativas en la disipación del calor sin aumentar la resistencia aerodinámica.

Conclusiones: El modelo CFD validado permite predecir con precisión el desempeño térmico del radiador y optimizar su diseño. No obstante, el estudio presenta ciertas limitaciones, como la simplificación geométrica y la selección del modelo de turbulencia, aspectos que pueden mejorarse en futuras investigaciones. Se recomienda explorar el uso de materiales avanzados y configuraciones híbridas para mejorar la eficiencia térmica. Además, estos hallazgos pueden aplicarse al diseño de radiadores para vehículos eléctricos e híbridos, donde la gestión térmica es crucial. Este enfoque puede ser clave en el desarrollo de radiadores más eficientes y sostenibles para la industria automotriz.