Creación de un Modelo Fluidodinámico del Sistema de Calentamiento Residencial Llamado Muro Trombe

Abstract

El muro Trombe es un sistema solar pasivo de calentamiento indirecto, que provee un alto rendimiento del sistema, con fluctuaciones térmicas pequeñas y con mecanismos de control simples. El funcionamiento del Muro Trombe se debe al denominado efecto invernadero, donde los rayos solares aportan una energía luminosa en un dominio de longitudes de onda comprendidas entre 0,3 y 3 micrómetros, las cuales atraviesan un vidrio transparente y son absorbidos sobre la superficie receptora del muro. La superficie receptora caliente emite radiación electromagnética en un dominio de longitudes de onda diferente al anterior. Esta radiación es absorbida por el vidrio y la masa térmica, de manera tal que estos elementos se calientan produciéndose la termocirculación debido a las diferencias de temperatura. El objetivo general del presente trabajo de título es desarrollar, en una plataforma computacional, un modelo fluidodinámico del flujo de aire que se produce en el canal de colección de energía y el espacio adyacente. Se construyeron 3 modelos que permiten estudiar los fenómenos fluidodinámicos y de transferencia térmica (Modelos Simples, Modelos Trombe y Modelos Trombe y Recinto acoplado). Estos modelos fueron construidos en la plataforma computacional COMSOL Multiphysics, utilizando los módulos Weakly Compressible Navier-Stokes (chns) y Convection and Conduction (cc), imponiendo las propiedades físicas del aire, radiación constante en la Masa Térmica y en el vidrio y las condiciones necesarias para modelar el fenómeno de convección natural. Los resultados finales muestran una generación de movimiento del aire que comienza debido a la formación de capas de fluido caliente en las superficies verticales. Este fluido asciende y tiende a salir del canal de colección, pudiendo calentar un espacio adyacente. Debido a la interacción de los flujos ascendentes y descendentes generados por las paredes caliente y fría, el movimiento toma la forma de una sucesión de loops (“Rollos de aire”) en el espacio de colección. Se concluye que es factible modelar el flujo en el canal de colección del muro Trombe, durante tiempos que permiten describir el inicio del movimiento y su desarrollo en tiempos cortos. No fue posible sin embargo, simular tiempos largos debido a la enorme demanda de memoria de los modelos, y el alto tiempo de proceso de éstos.