Cap tulo 1 Estudiio Muro de Trombe

Capítulo I

Introducción.

1.1. Presentación del Problema

En el presente estudio se hace una simulación del comportamiento térmico de todos los elementos involucrados en un muro de Trombe en el transcurso de un día completo. El estudio se divide en cuatro etapas. La primera etapa muestra el estudio bidimensional del comportamiento del muro considerando la existencia única de difusión. Lasegunda etapa presenta el estudio bidimensional del comportamiento del muro con la consideración de la existencia de difusión y convección natural en la cámara de aire ubicado entre el vidrio y la pared. La tercera etapa documenta el estudio bidimensional del comportamiento del muro considerando difusión, convección natural en la cámara de aire ubicado entre el vidrio y la pared, convección natural enel aire al interior de la habitación. Por ultimo, la cuarta etapa describe la simulación bidimensional en diferentes zonas de Chile. Con el desarrollo de cada etapa se pretenden analizar los efectos de: dimensiones, materiales utilizados y los efectos de las condiciones ambientales en diferentes lugares de Chile.
La importancia de este trabajo es que se logra simular, mediante el desarrollo de unmodelo bidimensional, un problema práctico de captación, absorción, acumulación, distribución y control de energía solar. Para validar la simulación, los resultados son comparados con datos obtenidos experimentalmente, los que están publicados en el trabajo de titulación “Validación experimental del comportamiento térmico de un muro de Trombe” realizado por León (1996), de la Universidad TécnicaFederico Santa María, en el Departamento de Ingeniería Mecánica y guiado por el profesor Pedro Sarmiento Martínez.


1.2. Objetivos generales

Simular computacionalmente el comportamiento transiente de la conducción de calor en un muro Trombe y la convección natural en el aire a ambos lados del muro en un día completo, con el método de los Volúmenes Finitos.


1.3. Objetivos específicos

Describirla acumulación de energía solar y la conducción de calor en un muro Trombe.
Predecir la convección natural transiente en el aire a ambos lados del muro Trombe.
Caracterizar la variación en el tiempo de la mecánica de fluidos, transferencia de calor por conducción y convección en el sistema de acumulación de energía que incluye un vidrio, una cámara de aire, el muro Trombe y el aire que se calientaen el interior de una habitación.
Comparar y validar los resultados obtenidos por medio de la simulación computacional, con datos obtenidos experimentalmente.
Analizar los efectos causados por el uso de diferentes materiales en la confección del muro de Trombe.
Estudiar los efectos de las dimensiones del muro de Trombe.
Examinar los efectos de las condiciones ambientales para diferentes lugaresde Chile.

1.4. Metodología

El análisis se basa en la solución numérica de las ecuaciones de conservación de masa, momento lineal y energía para los diferentes valores de los parámetros dimensionales que gobiernan los problemas. En las zonas en que el fluido se encuentra libre se utilizan las ecuaciones de Navier – Stokes. La radiación incidente es aplicada al método como una condición defrontera. La solución numérica de las ecuaciones de conservación se realiza con el método de los volúmenes finitos a través del algoritmo SIMPLE (Método Semi Implícito de Ecuaciones Ligadas a la Presión) desarrollado por Patankar en 1980.
Los resultados gráficos y numéricos presentados corresponden a campos de velocidades, distribución de líneas de corriente, distribución de líneas y planos deisotermas, valores locales de velocidades y temperatura. La simulación es transiente y todos los cálculos son realizados para un día completo.
Los resultados obtenidos fueron validados con datos experimentales publicados en el trabajo de titulación “Validación experimental del comportamiento térmico de un muro de Trombe” realizado por León (1996), de la Universidad Técnica Federico Santa María, en el...