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- 1. 22 de septiembre del 2022 Universidad del Estado de Sonora Departamento de Ingeniería Química y Metalurgia Integración y Aplicación de Refrigeración Pasiva Dentro de una Torre Eólica Integrantes: Jiménez Bracamonte Frida Alexa Jiménez Sesma Caleb Obed Operaciones Unitarias II Semestre 2022-2 Profesor: Marco Antonio Núñez Esquer
- 2. Autores: John Kaiser Calautit 1, Ben Richard Hughes 1, Saud Abdul Ghani 2 1 School of Civil Engineering, University of Leeds, Leeds, UK 2 Department of Mechanical Engineering, Qatar University, Doha, Qatar Unidad Academica: The University of Leeds > Facultad de Ingeniería y Ciencias Físicas (Leeds) > Escuela de Ingeniería Civil (Leeds) > Instituto de Infraestructura Resiliente (Leeds) Editor: Energía y ambiente interior para climas cálidos Institución: University of Leeds Año: 2014 Páginas: 160-167 Integración y Aplicación de Refrigeración Pasiva Dentro de una Torre Eólica 2
- 3. Índice I. Introducción………………………………………………………………………...…... 4 II. Trabajos anteriores relacionados……………………………………………..….……8 III. Configuración de dinámica de fluidos computacional (CFD)………………….…...10 III.I. Dominio físico………………………………………….………………………...….13 III.II. Generación de malla……………………………….……………………………...14 III.III. Condiciones de frontera……………...……………………………….………….15 IV. Procedimiento de medición y configuración experimental del túnel de viento……..16 V. Resultados y discusiones……………………………………………………………......18 VI. Conclusiones………………………………………………………………………...……23 3
- 5. 5 Introducción Dado que hoy en día nos enfrentamos a una problemática ambiental en temas de contaminación, cada día se buscan alternativas más amigables para el ambiente, como lo son las torres eólicas. Figura 1. Torres de viento en territorio Perza
- 6. Figura 2. Esquema ejemplificado del funcionamiento de una torre de viento por evaporación Este sistema se basa en edificaciones con aperturas en la parte superior donde se capta el aire caliente y en la parte inferior donde llega el aire a una menor temperatura. 6
- 7. Figura 3. Esquema ejemplificado del funcionamiento de una torre de viento con dispositivos de trasnferencia de calor integrados Este sistema tiene aperturas a 45° por donde entra el aire, después se dirige hacia abajo y pasa por una serie de dispositivos de transferencia de calor donde se extrae el calor y se dirije a un sistema de enfriamiento de agua. 7
- 9. Trabajos anteriores relacionados 9 Conclusiones Reducciones de temperatura utilizando técnicas de enfriamiento por evaporación Fundamental enfriar el aire para reducir la carga térmica del en meses de verano Importancia de los métodos experimentales CFD
- 10. 10 Configuración de dinámica de fluidos computacional (CFD)
- 11. 11 Configuración de dinámica de fluidos computacional (CFD) Para este trabajo se realizó una simulación CFD o fluidodinámica computacional Figura 4. Simulación de sistemas Fluido-dinámicos mediante la aplicación del método de los volumenes finitos
- 12. • Para la simulación CFD se incluye un modelo tridimensional, totalmente turbulento y flujo incompresible. • Se utiliza el método de volumen finito (FVM), el cual permite discretizar y resolver numéricamente ecuaciones diferenciales. En otras palabras se toma un volumen de control. • También se utiliza el algoritmo SIMPLE el cual es un procedimiento numérico utilizado para resolver ecuaciones fundamentales de mecánica de fluidos. 12 Configuración de dinámica de fluidos computacional (CFD)
- 13. Figura 5. Representación del dominio de flujo del clima Figura 6. Representación de la torre eólica con sistema de transferencia de calor 13 Dominio físico
- 14. 14 Figura 7. Representación de la malla computacional del dominio del fluido Generación de la malla
- 15. Condiciones de frontera Condiciones de frontera Valores establecidos Esquema de discretización Superior de segundo orden Tiempo Estado estable Entrada de velocidad [m/s] 1-5 Presión de salida Atmosférica Temperatura de entrada [K] 318 Modelo viscoso K-epsilon Temperatura de la pared de los dispositivos de transferencia de calor [K] 293 Tabla.1 Condiciones de frontera 15
- 16. 16 Procedimiento de medición y configuración experimental del túnel de viento
- 17. 17 Procedimiento de medición y configuración experimental del túnel de viento Figura 8. Esquema del sistema de túnel de viento de circuito cerrado Figura 9. Modelo de torre eólica impresa en 3D en la sección de prueba del túnel de viento. Las investigaciones experimentales se realizaron en un túnel de viento; el modelo a escala 1:10 de la torre eólica se conectó a una sala de pruebas. También se llevaron a cabo pruebas de visualización de humo.
- 19. 19 Resultados y discusiones Figura 10. (a) Velocidad y (b) contorno de temperatura de un plano medio dentro de la sala de prueba con un dispositivo de transferencia de calor integrado en una torre eólica.. Los resultados mostraron que los dispositivos de transferencia de calor tenían la capacidad de reducir las temperaturas de la corriente de aire inducida.
- 20. 20 Resultados y discusiones Figura 11. Comparación entre (a) la velocidad interior promedio y (b) la temperatura a varias velocidades del viento externo. Comparación entre la velocidad promedio del flujo de aire interior a varias velocidades del viento externo; y el efecto del aumento de la velocidad del viento externo sobre el rendimiento térmico de la torre eólica o de viento.
- 21. 21 Resultados y discusiones Figura 12. Comparación entre (a) líneas de corriente de velocidad CFD y (b) visualización de humo dentro de la sala de prueba. Comparación entre CFD y el patrón de flujo visualizado experimental dentro del modelo de la sala de pruebas. Se observó un patrón de flujo similar.
- 22. 22 Resultados y discusiones Figura 13. Comparación entre los resultados experimentales y CFD para la velocidad interior con una velocidad externa establecida en 3 m/s. El CFD subestimó ligeramente las velocidades del flujo de aire para la mayoría de los puntos. El error medio entre los puntos fue del 10 %.
- 23. 23 Conclusiones
Notas del editor
- Las torres de viento se llevan usando desde ya hace mucho tiempo con el objetivo de utilizar corrientes de aire para enfriar el interior de una edificación
- Este efecto de basa en edificaciones con aberturas en la parte superior de la torre que captan el aire caliente, mientras que en la parte inferior de la torre habra una apertura que de hacia el interior por la cual saldra el aire fresco y humedo producido en la torre. Para lograr esto, en la parte superior se colocan almohadillas humedecidas con agua o bien algun sistema que humedezca el aire, por lo que al entrar en contacto este evaporara al agua y tendremos un flujo de aire más humedo y denso, esto hace que el aire descienda por la torre, dado el decrecimiento de la temperatura. Suelen ser una opción viable en lugares en los que la escases de agua no es un problema y cuando se tiene un presupuesto alto para el diseño arquitectonico.
- Es similar al modelo anterior solo que en este sistema hay recirculamiento de agua y finalmente el aire enfriado se suministra a la habitación debajo del canal a través de los difusores de techo
- el que consiste en el análisis de sistemas relacionados con el flujo de fluidos, transferencia de calor y otros fenómenos asociados por medio de la simulación por computadora.
- Se realizó una representación física de la geometría de la torre bajo condiciones predeterminadas como lo es la velocidad del viento y la salida de presión. El trabajo investigará potencial de enfriamiento del sistema propuesto y el efecto de la adición de los tubos cilíndricos en la corriente de aire con diferentes configuraciones.
- Como ya se menciono anteriormente, se utilizo el método de volumenes finitos, en el cual se permite discretizar y resolver numericamente ecuaciones diferenciales, reduciendo nuestas condiciones a numeros finitos o creando un volumen de control. El número de volúmenes de control a ser usado para el análisis debe ser establecido por medio del estudio de convergencia de malla, o sea, se analiza el mismo caso con mallas de refinamientos o espaciados diferentes y se comparan los resultados. La malla para el cálculo numérico de un líquido describe los puntos donde se resuelven las ecuaciones de flujo. La estabilidad y la precisión de los cálculos dependen del tipo y de la calidad de la malla Una malla de buena calidad es importante dado que en ella se representan condiciones importantes del sistema como lo son las partes solidas, campos de temperatura, tomando en cuenta esto podemos tener mejores simulaciones dinamicas. Este esquema especifica que la malla se compone principalmente de elementos tetraédricos.
- K-epsilon (k-ε) modelo de turbulencia es el más común modelo utilizado en Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) para simular las características de flujo medias para turbulentas condiciones de flujo. Es un modelo de dos ecuaciones que ofrece una descripción general de la turbulencia mediante dos ecuaciones de transporte (PDE). El ímpetu original para el modelo K-épsilon fue mejorar el modelo de longitud de mezcla , así como encontrar una alternativa a la prescripción algebraica de escalas de longitud turbulentas en flujos de complejidad moderada a alta.