En la mayoría de los equipos de combustión los gases producto de la reacción exotérmica se emiten a la atmósfera comúnmente a valores de temperaturas que oscilan entre 180-290ºC, dependiendo del tipo de combustible y si tienen instalado un economizador. El contenido energético de los gases residuales será aprovechado por medio de un intercambiador de calor diseñado especialmente para maximizar la recuperación de energía. Los diseños de recuperadores de calor basados en análisis empíricos o semipemíricos no permiten el análisis detallado del equipo y por consecuencia la recuperación de energía no es óptima. A parte de un análisis inicial como el antes mencionado, un análisis numérico permitirá identificar las variables relevantes de la transferencia de calor y con ello la factibilidad de obtener mejores diseños. Por lo tanto, la simulación numérica en intercambiadores de calor con aletas helicoidales y serreteadas permitirá maximizar la recuperación de energía y por consiguiente incrementar la eficiencia de los equipos de combustión a valores mayores al 86%. Para tal fín, se utilizará un código basado en los volumenes finitos, que permite simular geometrías complejas como la de los tubos helicoidales. Los resultados serán primeramente validados con resultados experimentales que se han obtenido en dasarrollos industriales. Una vez validados los resultados, se podrán realizar los cambios necesarios en la geometría que permitan un incremento en la eficiencia del equipo.

El estudio de intercambiadores de calor compactos esta ampliamente desarrollado en su enfoque práctico porque existen diversos modelos semiempíricos para la evaluación de los coeficientes convectivos, factores de fricción y demás parámetros requeridos para el diseño de estos equipos. Sin embargo, no existe un modelo universal para cualquier condición de operación y relaciones geométricas de la superficie de transferencia de calor. Además, se requiere la utilización de factores de seguridad del orden del 10% o más, según las ecuaciones utilizadas, para el establecimiento del diseño final. Por ello, un análisis detallado en los intercambiadores de calor aletados helicoidalmente permitirá una mejor evaluación del los fenómenos de transferencia de calor y aerodinámica del flujo. La información obtenida permitirá establecer diseño de equipos más confiables con factores de seguridad menores al 10%, mejores análisis de sensibilidad y equipos económicamente más rentables. Por ello, los equipos serán más eficientes y confiables permitiendo que los fabricantes estén en posibilidad de garantizar su rendimiento. Además, al obtener diseños que minimicen al máximo el enfriamiento de gases residuales sin afectar el funcionamiento del mismo se obtendrán equipos más rentables y por ende, más competitivos en el mercado nacional e internacional. El análisis de intercambiadores de calor con tubos aletados helicoidalmente serreteados mediante Dinámica de Fluidos Computacional permite obtener un análisis detallado de los fenómenos termodinámicos que intervienen en la transferencia de energía del flujo de gases residuales, una visualización del flujo en diferentes regiones del equipo y resultados más exactos que el análisis semiempírico. Así, la simulación en geometría compleja proporcionará información detallada de la aerodinámica del flujo y transferencia de calor permitiendo la identificación de los mecanismos más relevantes de su interacción con la geometría compleja de la tubería aletada. Los resultados predecirán con mayor exactitud el comportamiento del equipo, permitiendo obtener análisis de sensibilidad a diferentes condiciones de operación. Por ello, el presente trabajo utilizará técnicas más sofisticadas para el análisis de intercambiadores de calor compactos cuyos resultados se validarán con un equipo instalado en una empresa. Además, otro aspecto importante que aportará el presente trabajo de investigación es la utilización del modelo numérico para el desarrollo de trabajos futuros en el análisis y diseño de intercambiadores de calor de alta eficiencia. En la revisión bibliográfica, discutida en el siguiente apartado de antecedentes y estado del arte, de trabajos que se han enfocado en realizar simulaciones numéricas de flujos de gases que circulan sobre tuberías con aletas helicoidales se observa que los trabajos se han enfocado a análisis numéricos sobre tubos con aletas helicoidales sólidas. En varios de los artículos se han realizado estudios sobre un solo tubo. En otros trabajos se han analizado equipos prototipo con dimensiones muy alejadas a las utilizadas en la industria. En los estudios restantes se han analizado equipos industriales de dimensiones pequeñas.