transferencia de calor

Avances en Energías Renovables y Medio Ambiente
Vol. 9, 2005. Impreso en la Argentina. ISSN 0329-5184

ASADES

SIMULACIÓN DE FENÓMENOS DE CONVECCIÓN NATURAL EN RECINTOS CERRADOS
S. Obregón, V. Molina, N. Salvo
INENCO - Universidad Nacional de Salta
Buenos Aires 177 – (4400) – Salta – Argentina
Tel: 54-387-4255489
E-mail: obregon@inenco.net molinav@inenco.net nahuel@unsa.edu.ar
RESUMEN:En un proceso de transferencia de energía entre un sólido y un fluido se destaca principalmente el fenómeno de
convección natural como motor de dicho fenómeno y modelarlo numéricamente resulta muchas veces muy complicado
dependiendo principalmente de la geometría y del esquema numérico utilizado. En este trabajo se presentan los resultados
obtenidos de simulaciones realizadas de sistemas dondela convección natural es el principal mecanismo de transferencia de
energía. Se estudian geometrías sencillas y se aplica el resultado a superficies extendidas (aletas). Se muestran los valores de
temperaturas y vectores velocidad para los casos estudiados.
Palabras Claves: simulación, convección
INTRODUCCIÓN
En la vida diaria el fenómeno de transferencia de energía está siempre presente. Eneste sentido se pueden mencionar en
general a todas las aplicaciones que utilizan el aprovechamiento de radiación solar, a los efectos contraproducentes que
provoca el aumento de temperatura en muchos equipos electrónicos, al movimiento del aire que en forma natural
calefacciona un ambiente etc. Por lo amplio del espectro de situaciones involucradas se concluye inmediatamente que el
estudio ycomprensión de este tipo de fenómeno es muy importante. Actualmente existen muchos trabajos relacionados con
el tema tanto en forma teórica como experimental, pero la simulación numérica es nueva en el sentido que se ha
transformado en una herramienta práctica a la hora de diseñar un determinado sistema o ampliar diseños experimentales a
otros rangos o situaciones.
Por lo anterior laconvección natural es uno de los fenómenos más estudiados y si nos concentramos en la mayoría de los
sistemas que aprovechan la energía solar, por ejemplo, la convección está siempre presente, tal es el caso de colectores
planos o muros Trombe por nombrar algunas aplicaciones. Por todo esto tener una herramienta de cálculo y visualización de
este fenómeno conformaría un aporte importante para eldiseñador.
La visualización experimental es la base para comprobar modelos teóricos dentro de ciertos rangos impuestos por el diseño
propiamente dicho, pero la simulación numérica constituye actualmente una herramienta fundamental de diseño para
cualquier sistema porque permite ampliar los límites impuestos por la experimentación.
Utilizar técnicas experimentales al caso de transferencia de energíapor convección natural por lo general está sujeto a
modelos de geometrías sencillas, con el objeto de poder visualizar y predecir posibles resultados donde el fenómeno de
convección natural este presente. Por otro lado aplicar toda la potencia de los métodos numéricos para comprender las
características de la convección natural, así como los parámetros que la rigen, puede ser de gran utilidadpara la resolución
de posteriores problemas que lo precisen.
MODELO COMPUTACIONAL
Los problemas de dinámica de fluidos acoplados con
efectos de transferencia de calor requieren la solución
simultánea de un sistema de ecuaciones no lineales. Estas
ecuaciones deben ser resueltas en el tiempo (problemas no
estacionarios) y el espacio, obteniéndose como resultado
para una determinada variable(por ejemplo la velocidad)
distribuciones de la forma u = u(x,y,z,t). Además si se
considera que el fenómeno es caótico la distribución de
velocidad anterior contendrá componentes aleatorias de la
velocidad en cada dirección del espacio. Una forma de
resolver este sistema de ecuaciones es emplear el Método
de los Elementos Finitos (MEF). El sistema de ecuaciones
se resuelve discretizando...