Analisis de la transferencia de calor conjugada en un sistema solar pasivo de muro trombre para calentamiento o ventilación

Student thesis: Doctoral Thesis

Abstract

En este trabajo se presenta el estudio numerico de la transferencia de calor conjugada en un sistema solar pasivo de muro Trombe acoplado a una habitacion Room-Trombe Wall (R-TW). Se considero conveccion natural en regimen de flujo turbulento, intercambio radiativo superficial y conduccion de calor en el muro almacenador. El R-TW fue evaluado en dos modos de operacion: (1) Calentamiento pasivo y (2) Enfriamiento con ventilacion natural. Para la configuracion de calentamiento se consideraron datos climaticos del dıa mas frıo y del dıa mas calido en Huitzilac, Morelos y de Toluca, Estado de Mexico. Por otro lado, se hizo lo propio con las condiciones climaticas de la ciudad de Merida, Yucatan para la evaluacion del comportamiento termico del R-TW en su configuracion de ventilacion. Se desarrollo un codigo numerico basado en la tecnica del volumen finito para la resolucion de las ecuaciones de conservacion de masa, cantidad de movimiento y de energıa en terminos de temperatura. Se utilizo el modelo de viscosidad turbulenta de dos ecuaciones k-ε HH. Para garantizar la reproduccion de las posibles recirculaciones ocasionadas por la presencia del solido, se uso el esquema de alto orden TVD-SuperBee en la discretizacion de los terminos advectivos. El intercambio radiativo fue resuelto con el metodo de radiosidad-irradiacion (RIM). Para ello, se implemento una subrutina para el calculo de los factores de vista diferenciales
considerando elementos de bloqueo debidas al muro interno. Se encontro que para el R-TW en su modo de calentamiento las perdidas a traves de la pared semitransparente representan aproximadamente el 60 % de la radiacion
incidente en el sistema (Gsol). Sin embargo, el sistema retiene la energıa suficiente como para mantener el aire de la habitacion sobre los 35 oC. Para ambas ciudades, la energıa almacenada por el muro es cerca de 109 MJ durante el dıa mas frıo y de 70 MJ en el dıa mas calido. Por otro lado, para la configuracion de ventilacion en Merida, se encontro que la temperatura interna promedio se mantiene por debajo de la temperatura ambiente durante todo el dia m´as calido. Adicionalmente, se observo que el sistema reduce la temperatura de la habitacion durante todo el dia mas calido hasta en 9.1 oC. En caso del dia mas frio, el sistema eleva la temperatura de la habitacion en 6 oC con respecto a la temperatura ambiente por la mañana (Tintave=19.6 oC), que es cuando esta alcanza sus valores minimos (Tamb=13.1 oC) y despues de las 14:00 hrs, no se presenta un efecto aparente en la temperatura interior. Con base en los resultados, es factible aseverar que el sistema de muro Trombe en su configuracion de calentamiento tiene potencial para implementarse en las ciudades consideradas. De la misma manera, el sistema en su configuracion de ventilacion demostro de manera numerica, que el sistema se adapto satisfactoriamente a las condiciones climaticas del dıa mas frio asi como a las del dia mas calido.

Como parte del desarrollo de la tesis, se realizo una estancia doctoral en la Facultad de Ingenieria Mecanica de la Universidad Estatal de Campinas (FEM-UNICAMP) en donde se curso la asignatura Radiacao Termica em Meios participantes. El objetivo de la estancia fue la implementacion de un codigo numerico para resolver la ecuacion de transporte radiativo en un medio radiativamente participante. Adicionalmente, en la FEM-UNICAMP se impartio una platica con valor curricular sobre Esquemas Numericos de bajo y alto orden en el curso de “Introduccion a metodos inversos en problemas de transferencia de calor parte: Metodos numericos para problemas directo e inverso en termof luidos”.
Date of Award28 Jan 2016
Original languageSpanish (Mexico)
Awarding Institution
  • Centro Nacional de Investigación y Desarrollo Tecnológico. CENIDET-TecNM-SEP. Prol. Av. Palmira S/N. Col. Palmira. Cuernavaca
SupervisorJ. Xamán (Director)

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Analisis de la transferencia de calor conjugada en un sistema solar pasivo de muro trombre para calentamiento o ventilación
Hernández-López, I. (Author). 28 Jan 2016

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