Diseño de tubos con aletas longitudinales ajustados con la curva de Cesàro

Resumen

Este artículo propone un proceso de transferencia de calor altamente eficiente a través del diseño fractal a partir de la curva de Cesàro de tubos de intercambio con superficie extendida. Aplicando análisis de elementos finitos, nuestros diseños arrojaron mejores resultados comparados con los tubos de superficie lisa, comúnmente utilizados en la industria. Esta nueva adaptación puede ser orientada a aplicaciones que involucren gases y líquidos viscosos, en máquinas como motores, calderas y disipadores, entre otros.

Palabras clave

Curva de Cesàro, geometría fractal, intercambiadores de calor, superficies longitudinales extendidas, transferencia de calor

Referencias

• L. E. Llano-Sánchez, D. M. Domínguez-Cajeli, and L. C. Ruiz-Cárdenas, “Thermal transfer analysis of tubes with extended surface with fractal design,” Rev. Fac. Ing., vol. 27 (47), pp. 31-37, Jan. 2018. DOI: https://doi.org/10.19053/01211129.v27.n47.2018.7749. DOI: https://doi.org/10.19053/01211129.v27.n47.2018.7749
• O. Y. Quintero Delgado, and J. Ruiz Delgado, “Estimación del exponente de Hurst y la dimensión fractal de una superficie topográfica a través de la extracción de perfiles,” Revista Geomática, vol. 5, pp. 84-91, Jul. 2011.
• A. Domínguez Monterroza, and D. Garzón Alvarado, “Comportamiento fractal espacial en la expansión de la distribución del flujo sanguíneo cerebral en Alzheimer,” Revista Cubana de Investigaciones Biomédicas, vol. 30 (3), pp. 424-438, 2011.
• F. Vallejo López, “La geometría fractal: los fractales, sus aplicaciones, y didáctica,” Reflexiones y experiencias innovadoras en el aula, vol. 20, pp. 1-10, May. 2010.
• J. Rodríguez, S. Prieto, C. Correa, P. Bernal, L. Álvarez, G. Forero, S. Vitery, G. Puerta, and I. Rojas, “Diagnóstico fractal del ventriculograma cardiaco izquierdo. Fractal Geometry of ventriculogram during cardiac dynamics,” Revista Colombiana de Cardiología, vol. 19 (1), pp. 18-24, Jan. 2012. DOI: https://doi.org/10.1016/S0120-5633(12)70099-2. DOI: https://doi.org/10.1016/S0120-5633(12)70099-2
• J. Rodríguez, S. Prieto, C. Correa, H. Posso, P. Bernal, G. Puerta, S. Vitery, and I. Rojas, “Generalización fractal de células preneoplásicas y cancerígenas del epitelio escamoso cervical. Una nueva metodología de aplicación Clínica,” Revista Med, vol. 18 (2), pp. 173 - 181, Nov. 2010. DOI: https://doi.org/10.18359/rmed.1310. DOI: https://doi.org/10.18359/rmed.1310
• A. Díaz Lantada, P. Lafont Morgado, P. Ortego García, J. M. Muñoz-Guijosa, J. L. Muñoz Sanz, J. Echavarri Otero, E. Chacón Tanarro, and E. de la Guerra Ochoa, “Diseño y fabricación rápida de geometrías biomiméticas fractales en materiales biocompatibles para aplicaciones en ingeniería de tejidos,” in Congreso Nacional de Ingeniería Mecánica, Castellon, 2010.
• K. J. Toro Salas, L. F. Murcia Durán, and D. Domínguez Cajeli, “Cálculo de la dimensión fractal de la falla geológica del suroccidente de Colombia,” Ciencia e ingeniería neogranadina, vol. 17 (1), pp. 35-45, Jun. 2007. DOI: https://doi.org/10.18359/rcin.1084
• G. N. Moscatelli, and J. J. Ibáñez, “Autoorganización espacio-temporal y procesos de escalamiento en Geomorfología y sus aplicaciones,” 2010 [online]. Available: https://www.researchgate.net/profile/Juan_Ibanez3/publication/255981975_Auto-organizacin_espaciotemporal_y_procesos_de_escalamiento_en_geomorfologa_y_sus_aplicaciones._Un_ensayo_de_edafologa_virtual/links/00b7d5213ae0e470c8000000.pdf.
• G. Vera Reveles, “Geometrías fractales en antenas y dispositivos optoelectrónicos,” 2006.
• R. D. E. H. Castro Rivera, and V. H. Galvis Botia, “Antenas Nano-Estructuradas: de su construcción como fractales,” Bogota, 2014.
• D. Pérez Canales, J. C. Jauregui Correa, and L. Vela Martínez, “Detección de inestabilidades dinámicas en procesos de rectificado mediante la transformada continua de ondeletas y el exponente fractal de Hurst,” Ingeniería Mecánica, Tecnología y Desarrollo, vol. 4 (3), pp. 89-98, Jul. 2012.
• O. Hilders, “Mecánica de fractura fractal: efectos a micro y nanoescala. Parte I: Tenacidad y mecanismos de fractura a microescala,” Revista de la Facultad de Ingeniería U.C.V., vol. 26, pp. 55-80, Jun. 2011.
• C. A. Mora Santos, “Comportamiento del escalamiento de superficies de fractura en materiales compuestos,” 2012 [online]. Available: http://tesis.bnct.ipn.mx/handle/123456789/10173.
• J. F. Puerto Monterroza, “El uso de fractales para potenciar el desarrollo del pensamiento algebraico-variacional a través del software cabri –del pensamiento numérico al pensamiento algebraico variacional–,” Educación Científica y Tecnológica, pp. 737-741, Ago. 2013. DOI: https://doi.org/10.14483/23448350.7747
• J. D. Arisitizabal Hernández, “Estufas mejoradas y bancos de leña: una alternativa de autoabastecimiento energético a nivel de finca para comunidades dependientes de los bosques de roble de la cordillera Oriental,” Colombia Forestal, vol. 13 (2), pp. 245-265, Dec. 2010. DOI: https://doi.org/10.14483/udistrital.jour.colomb.for.2010.2.a05. DOI: https://doi.org/10.14483/udistrital.jour.colomb.for.2010.2.a05
• A. Alvis, I. Caicedo, and P. Peña, “Determinación del Coeficiente de Transferencia de Calor a través de una aplicación de computadoras,” Información Tecnológica, vol. 21 (5), pp. 13-20, 2010. DOI: https://doi.org/10.4067/S0718-07642010000500003. DOI: https://doi.org/10.4067/S0718-07642010000500003
• R. Correa Cely, I. Amaya Contreras, and A. Araque Herrera, “Uso de algoritmos metaheurísticos híbridos para la minimización de entropía en problemas de transferencia de calor en circuitos electrónicos,” Ingeniería y Universidad, vol. 15 (2), pp. 403-421, 2011.
• Y. Pysmennyy, G. Polupan, I. Carvajal-Mariscal, and F. Sánchez Silva, “Estudio comparativo de los métodos del cálculo de la transferencia de calor en banco de tubos,” Científica, vol. 14 (1), pp. 17- 23, 2010.
• O. U. Fiderman Machuca, “Software para la enseñanza de la dinámica y control de intercambiadores de calor de tubos y coraza,” Revista Facultad de Ingeniería, vol. 44, pp. 52-60, 2008.
• C. F. López Ruano, and L. A. Trejo Flores, “Diseño y construcción de un intercambiador de calor directo para horno cubilote,” Master Thesis, Escuela Politécnica Nacional, Quito, 2013.
• F. A. Saavedra Balderas, F. J. Ortega Herrera, J. Torres Jiménez, M. d. R. González Ponce, A. Lozano Luna, and R. A. Rodríguez Moreno, “Efecto de la sección trasversal en la eficiencia de los disipadores de calor formados por aletas,” in XII Encuentro Participación de la Mujer en la Ciencia, Guanajuato, 2015.
• Y. A. Loredo Sáenz, “Caracterización termohidráulica del área de transferencia de calor en superficies extendidas mediante simulación numérica,” Master Thesis, Universidad Autónoma de Nuevo León, Nuevo León, 2014.
• A. Arbiser, “Para mirar con lupa: los fractales,” Acheronta, vol 2, pp. 113-128, Dec. 1995.
• H. J. Haubold, A. M. Mathai, and R. K. Saxena, “Mittag-Leffler Functions and their applications,” Journal of Applied Mathematics, vol. 2011, pp. 1-52, 2011. DOI: https://doi.org/10.1155/2011/298628. DOI: https://doi.org/10.1155/2011/298628
• S. Rogosin, “The Role of the Mittag-Leffler Function in Fractional Modeling,” Mathematics, vol. 3 (2), pp. 368-381, 2015. DOI: https://doi.org/10.3390/math3020368. DOI: https://doi.org/10.3390/math3020368
• G. J. S. Ross, Nonlinear Estimation, Springer Series in Statistics, New York: Springer, 1990. DOI: https://doi.org/10.1007/978-1-4612-3412-8