Estudio paramétrico de un muro trombe con un material de cambio de fase (PCM-TW): efecto de la ubicación del PCM y de los materiales de construcción

Abstract

Se presenta el estudio paramétrico de un sistema de calentamiento pasivo de muro trombe con un material de cambio de fase (PCM-TW). Los parámetros considerados fueron la posición del PCM (xPCM) y los materiales de construcción del muro entre los cuales el PCM está encapsulado: M1-PCM-M2. Para ello, se hizo la evaluación térmica del sistema PCM-TW bajo las condiciones climáticas del día más frío en la alcaldía de Tacubaya, Ciudad de México. Para realizar la predicción numérica del sistema PCM-TW, se implementó un modelo matemático basado en el método de balances globales (BG) para la transferencia de calor en el vidrio colector y el canal de aire y se utilizó el método de volumen finito (MVF) para la difusión térmica en el muro con PCM. Los modelos se acoplaron de manera dinámica y se obtuvo un sistema de ecuaciones algebraicas que fue resuelto con un código numérico desarrollado en Fortran. Se consideró un PCM con punto de fusión de 29 °C, las posiciones xPCM = 1 cm, 3 cm, 5 cm, 7 cm, 9 cm y los materiales de construcción adobe (A), ladrillo (B) y concreto (C). Para el estudio del efecto de xPCM, se fijo una configuración de C-C. Se encontró que el mejor desempeño durante el periodo diurno se consigue cuando xPCM = 1 cm, mientras que, para el periodo nocturno, la posición óptima es cuando xPCM = 9 cm. Para el análisis sobre los efectos de los materiales se evaluaron 9 casos: A-A, A-B, A-C, B-A, B-B, B-C, C-A, C-B y C-C y el PCM se fijó en xPCM = 5 cm. Se encontró que la configuración A-C presentó el mejor desempeño al momento de entregar energía a la habitación durante el periodo diurno, mientras que el mejor caso para el suministro nocturno de energía lo presentó el Caso C-B seguido con apenas una diferencia del Caso C-C de 3% (0.31 MJ/m2). Con base a los resultados obtenidos, se puede afirmar que la configuración C-C con xPCM=1 cm es recomendable para una edificación de uso exclusivamente diurno, mientras que, si la edificación tendrá un uso nocturno, lo ideal sería utilizar la variación de C-C con xPCM=9 cm. En el caso que se desee utilizar una habitación tanto para el periodo diurno como uso nocturno, el caso que presenta mejor desempeño es C-C con xPCM =5 cm.