Simulación por CFD y validación de transferencia de calor en placas planas

Abstract

La rapidez de transferencia de calor entre una placa y los fluidos que la rodean en un tópico ampliamente estudiado. Este puede analizarse mediante el uso de ecuaciones semiempíricas o por ecuaciones de transporte. Mientras que en el primer método se suelen tener restricciones de uso, el segundo resulta ser matemáticamente complicado sobre todo debido a la convección. El uso de la Dinámica computacional de Fluidos (CFD) para resolver las ecuaciones de transporte puede reducir la dificultad y el tiempo que se requiere para su solución. Para garantizar que en estas simulaciones se obtengan resultados confiables, se debe realizar una sintonización, es decir, validar los modelos y parámetros mediante la comparación con resultados experimentales. En el presente trabajo se realizó la sintonización de la simulación de la transferencia de calor a través de una placa plana. Se elaboró un dispositivo para analizar experimentalmente el flujo de calor entre dos fluidos separados por una placa plana posteriormente se simuló este mismo sistema usando el software Fluent V20 estudiantil. Se simuló la convección natural en la placa utilizando propiedades del aire como funciones de la temperatura. El estudio fue verificado utilizando placas de diferentes materiales (hierro, vidrio y acrílico) y la comparación de los resultados se utilizó para modificar los modelos matemáticos utilizados y ajustar los parámetros utilizados como la conductividad térmica. Los resultados finales mostraron una diferencia promedio de menos de 1.5°C entre las temperaturas experimentales y las obtenidas por simulación.