Estudio experimental de procesos convectivos en recintos cerrados: estado de avance

Abstract

Dentro del ámbito de aplicación de la energía solar, la transferencia de energía por convección natural es uno de los mecanismos más impor­tantes; en particular es una herramienta fundamental en el diseño de sistemas pasivos. Esto es, no auxiliados por mecanismos convenciona­les como ventiladores, bombas, etc. Esta importancia se vé resaltada en los problemas de refrescamiento de viviendas en climas tropicales (cálidos y húmedos), donde se requiere un buen diseño térmico de los edificios para asegurar las condiciones mínimas de ventilación y con­fort de los habitantes.

Por estas razones, el INENCO decidió encarar el estudio experimental de la transferencia de energía por convección natural a escala de la­boratorio, tendiendo a alcanzar un conocimiento más profundo de dicho proceso físico, lo que permitirá mejorar el diseño de viviendas asis­tidas por energía solar.

La transferencia de energía por convección natural está dada por el número de Nusselt, Nu, que es función del número de Rayleigh, Rá, del número de Prandtl, Pr y de la geometría del sistema. El cono cimiento de este conjunto de números adimensionales permite estudiar un proceso real a escala menor, en laboratorio. Los fenómenos de con­vección natural en aire permiten escalar el Ra y la geometría; no así el Pr, ya que la viscosidad del aire impone un factor de escala prác­ticamente de 1:1. Usualmente se trabaja en modelos a escala con dis­tintos fluidos y se determina experimentalmente la dependencia del Nu con el Pr, para cada geometría.

Por esta razón, se decidió comenzar las experiencias con una configu­ración geométrica simple, un cubo de 40 cm de lado, con una cara ca­liente y otra fría, y empleando agua como fluido convectivo, a pesar de que el Pr no se puede escalar (Pr(agua)= 5; Pr(aire)= 0.7). Se in­yecta colorante por la cara superior y se observa el movimiento con­vectivo del agua. El cubo tiene cuatro de sus caras con aislación fija y dos con aislación removible para permitir la observación visual y la toma de fotografías. Este diseño permitirá por una parte determinar las dificultades constructivas y poner a punto las técnicas de medida. Por otra parte, realizar un estudio cualitativo del movimiento del fluido por medio de la inyección de colorantes, y un estudio semicuantitativo por medio de la medición de temperaturas de las caras del cubo y del fluido en distintos puntos.

En el presente trabajo se describen las experiencias realizadas, los resultados obtenidos y se enuncian las propuestas de trabajo futuro.