20 de octubre de 2017

TRANSFERENCIA DE CALOR

Por OLIVIER SKURTYS Y ROMAIN GERS
Académicos del Departamento de Ingeniería Mecánica
Universidad Técnica Federico Santa María

Investigación analiza la influencia de perturbaciones mecánicas y térmicas sobre transferencia de calor, al interior de una cavidad diferencialmente calentada.

Optimizar la transferencia de calor por convección natural a través de modelación numérica, fenómeno que interviene en procesos industriales, enfriamientos de equipos electrónicos, colectores solares y diseño de reactores nucleares, entre otros, son los principales objetivos de un proyecto Fondecyt, que actualmente está desarrollando un equipo de académicos del Departamento de Mecánica de la Universidad Técnica Federico Santa María.

La investigación, titulada “Simulaciones numéricas directas en 3D para mejorar la transferencia de calor en cavidades de aire y calentadas diferencialmente utilizando perturbaciones mecánicas y térmicas”, trabaja en base a dos líneas de trabajo: una experimental, desarrollada en Poitiers (Francia), la cual está siendo realizada por un equipo liderado por el profesor Didier Saury, mientras que la otra línea, que se compone de simulación numérica, es la que está siendo desarrollada por un grupo de investigación del Departamento de Mecánica.

Una de las metodologías que propone este proyecto, es facilitar la transición a la turbulencia de la capa límite, es decir, forzar el flujo de aire con una frecuencia fundamental. En un caso ideal, una perturbación apropiada conllevará a que el gradiente de temperatura de las paredes aumente. Por lo tanto, el desafío consiste en buscar la mejor configuración posible de ubicación, naturaleza e intensidad de esta perturbación.

De esta manera, este proyecto propone facilitar la transición de la turbulencia, por una parte, y forzar el flujo de aire con una frecuencia fundamental, por otra. Para eso, debe amplificarse una perturbación apropiada en donde se pueda observar un aumento significativo del gradiente de temperatura, en las paredes frías y calientes.

Dado que el campo de velocidad es acoplado con el campo de temperatura, dos tipos de perturbaciones pueden ser investigados: la mecánica, para modificar el campo de velocidad y la térmica, para influenciar el campo de temperatura. Estas perturbaciones pueden depender no solamente del tiempo, sino también del espacio.

Este fenómeno, ha sido objeto de numerosos estudios experimentales o numéricos en los últimos años. Estas investigaciones, han sido motivadas por su importancia en muchos problemas naturales como la geofísica y la astrofísica. Además, esta problemática también se ha visto en muchos sectores industriales como en el diseño de reactores nucleares, el enfriamiento de equipos electrónicos, los colectores solares, entre otros.

Se espera que, al finalizar este proyecto, se puedan proponer una serie de soluciones innovadoras para aumentar las transferencias de calor, a las diversas industrias.

Cabe destacar que, también participan de este proyecto los estudiantes de doctorado en Ingeniería Mecánica, Nicolás Thiers y Rodrigo Meneses, los estudiantes de Magíster en Ciencias de la Ingeniería Mecánica, Juan Pablo Robinson y Nicolás Ordenes. Además, el equipo de trabajo cuenta con la colaboración de los profesores Didier Saury y Florian Moreau (del ISAE-ENSMA / Institut Pprime, Francia) y el profesor Elyes Nefzaoui (ESIEE, Francia), con el fin de comparar sus resultados experimentales con los resultados numéricos realizados aquí en la USM.

  • Transferencia de Calor 001
  • Transferencia de Calor 002

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