Optimización CFD de un intercambiador de calor para la recuperación energética en un motor diésel monocilíndrico estacionario

Abstract

La implementación de generadores termoeléctricos (TEG) ha sido una respuesta prometedora para la problemática energética en motores de combustión interna, lo cual ha motivado el estudio del potencial de recuperación energética en la corriente de gases de escape de un motor diésel monocilíndrico mediante un generador termoeléctrico, analizando la importancia de la geometría del intercambiador de calor en el desempeño del TEG. Tomando en cuenta diferentes investigaciones se desarrollaron 3 geometrías diferentes de intercambiador de calor; el comportamiento de los gases de escape se simuló mediante el software OpenFOAM ® empleando un modelo realizable, donde se estableció un mallado de buena calidad al que, además, se le realizó un estudio de independencia de malla en donde se alcanzó estabilidad a partir de 1’000,000 de elementos. Se hizo una validación experimental, con la que se obtuvo un error relativo promedio de 2.23%, con lo cual se calificaron los resultados como confiables. Las simulaciones permitieron el análisis de variables como la transferencia de calor, el voltaje y la corriente generado por los módulos termoeléctricos, la caída de presión, la energía cinética de turbulencia (TKE) y la tasa de disipación de la turbulencia (TEDR). Finalmente se obtuvo que la geometría con caminos paralelos tuvo un mejor desempeño con respecto a las variables analizadas, permitiendo una generación de 63.56 W, una caída de presión 92% menor a las otras propuestas, y un mejor desempeño en la TKE y TEDR.