Caracterización macroscópica del funcionamiento de un tubo Vortex

Abstract

El tubo del vórtice de Ranque-Hilsch es un dispositivo sin partes móviles que, sin aporteexterno de energía, permite generar a partir de un fluido a presión que ingresatangencialmente al tubo a través de toberas o boquillas, dos corrientes a diferentes niveles detemperatura. Fue descubierto en el año 1933 por el físico francés Georges J. Ranque, quienpublicó un artículo [1] sobre un dispositivo, al cual denominó Tubo Vortex. Años más tarde, en1947, el físico alemán Rudolf Hilsch publicó un artículo [2], retomando lo realizado por Ranque,sobre la construcción y el funcionamiento del mismo dispositivo. En honor a ambos,actualmente se conoce al dispositivo como Tubo Vortex de Ranque-Hilsch (TVRH).Desde su descubrimiento, el funcionamiento de este dispositivo y los aspectosfenomenológicos referidos al mismo han concitado el interés de la comunidad científica, nohabiendo a la fecha una teoría enteramente aceptada al respecto. Sin embargo, la ausenciade una explicación acabada no limitó sus aplicaciones ni su desarrollo industrial, utilizándosea la fecha en diversos campos como la refrigeración en operaciones de maquinado CNC, decomponentes electrónicos, de cámaras CCTV, etc., mientras que la corriente caliente puedeemplearse para el sellado de plásticos y el ablandamiento adhesivos, entre otros usos.En este trabajo se plantea en primer término un análisis termodinámico teórico de un TVRHgenérico. Posteriormente, se utiliza una plataforma CFD para desarrollar y obtener un modelogeométrico simplificado que permita reproducir con certidumbre y tiempos de cálculo acotadosy razonables el desempeño de un TVRH del cual se cuenta con una caracterizaciónexperimental. Finalmente, los resultados de la simulación CFD son comparados frente a losvalores experimentales y a los surgidos del análisis termodinámico teórico, discutiéndoseaspectos relevantes como los puntos de operación y la eficiencia del dispositivo para distintascondiciones de trabajo.