Estudio Teórico-Experimental del efecto de la Radiación Térmica en Sistemas Térmicos

Abstract

El objetivo general de este trabajo fue “Estudiar teórica y experimentalmente el efecto de la radiación térmica sobre la transferencia de calor en sistemas térmicos”, por lo tanto, los artículos publicados están concordancia con este objetivo. En la primera etapa de la tesis, se trabajó en la parte experimental, la cual consistió en fabricar e instrumentar una cavidad de 1x1x1 m, con paredes internas de aluminio pulido de baja emisividad (0.03), para posteriormente pintarse de color negro con una pintura selectiva de alta emisividad (0.98). De esta primera etapa se obtuvieron los primeros resultados experimentales de perfiles de temperatura y coeficientes combinados de transferencia de calor para diferentes potencias térmicas, para distintas configuraciones de entrada y salida de aire. En la segunda etapa, se trabajó en realizar la geometría y mallado para poder realizar la simulación numérica del sistema. Se realizó una comparación entre los resultados arrojados por el experimento y los obtenidos de con la simulación numérica. Se concluyó que para el caso de la cavidad ventilada la configuración con paredes bajas en emisividad, se calientan considerablemente más que para la cavidad con paredes de alta emisividad. También se concluyó que el coeficiente de transferencia de calor por convección sufre un importante incremento cuando la emisividad cambia de 0.03 a 0.98, siendo de entre un 87 a 110 % para el caso de baja y alta potencia respectivamente. Los resultados de ambas etapas se publicaron en el artículo “The effect of Surface termal radiation on heat transfer in a ventilated cavity” en la revista Journal of Heat Transfer (indizada en el JCR), en el cual aparezco como primer autor. Como tercera etapa se realizó un estudio numérico y experimental en una cavidad completamente cerrada. Se obtuvieron resultados con baja y alta emisividad de las paredes. Se logró obtener una metodología numérica que capaz de reproducir el fenómeno en estudio (influencia de la radiación térmica en la transferencia de calor). De esta tercera etapa se concluyó lo siguiente; las paredes de la cavidad con baja emisividad, se calientan considerablemente más que para la cavidad con paredes de alta emisividad, se encontró concordancia hacia los resultados experimentales con dos modelos de turbulencia para el caso de alta emisividad SST k-ω y para el caso de baja emisividad STD k-ω, así mismo se encontró que el coeficiente de transferencia de calor convectivo (h), se incrementa de un 49.2 a 48.1 % para el caso de baja y alta potencia, cuando las emisividades de las paredes cambian de 0.03 a 0.98. Estos resultados se reportaron en el artículo “Computational fluid dynamics and experimental study of turbulent natural convection with surface termal radiation in a cubic enclosure”, de la revista “International Journal of Modern Physics C” (indizada en el JCR), del cual soy primer autor. En la cuarta etapa se trabajó en un tercero aun no publicado, en donde se realizó un estudio numérico y experimental en una cavidad abierta en una de las caras. También se obtuvieron resultados con baja y alta emisividad de las paredes. En total se escribieron 3 artículos, uno a finales del 4to semestre y otros dos durante el 5to, para la aceptación de estos dos artículos, se llevó un tiempo total de 2 a 3 semestres posteriores a la fecha de su culminación y uno más sigue en envío y/o revisión. De manera general se puede concluir que, con los resultados obtenidos se cumplió con los objetivos planteados en este trabajo Doctoral. Como complemento a la relatoría se anexan las publicaciones mencionadas previamente.