Técnicas experimentales y numéricas aplicadas a sistemas de climatización mediante disusión de aire y suelo frío

Abstract

En el presente trabajo se estudia una geometría sencilla de un pequeño difusor a escala de ventilación por desplazamiento que impulsa aire con fines de refrigeración, por medio de visualizaciones y medidas con LDA (Laser Doppler Anemometry) y PIV (Particle Image Velocimetry). En una primera parte, se llevan a cabo simulaciones numéricas axilsimétricas para un caso isotermo, en el que la temperatura ambiente es igual que la del suelo. Existe una excelente concordancia cualitativa y cuantitativa con los datos experimentales y se proporciona y analiza una correlación de la transferencia de calor por convección forzada como una función logarítmica de la distancia radial al difusor, que también depende de parámetros adimensionales. El número de Nusselt tiene una fuerte dependencia del número de Grashof y en menor medida con el número de Reynolds. En la segunda parte de este trabajo se estudia el difusor anterior acoplado a un suelo radiante frío. Para ello se modifican tres parámetros de control, tanto en los ensayos experimentales como en la simulación numérica: el caudal, la diferencia de temperatura entre el ambiente interior en reposo y el aire de impulsión; y la diferencia de temperatura entre el suelo y el aire de impulsión. Las visualizaciones del flujo y las medidas del campo de velocidad se realizan mediante PIV para un flujo en estado estacionario, réegimen laminar y axilsimétrico. De nuevo las simulaciones numéricas muestran un excelente acuerdo con los datos experimentales. Se presta especial atención a la zona cercana al suelo, donde surge una elevación del flujo. Esta onda estacionaria, denominada resalto térmico, aparece en una atmósfera estratificada provocando una elevación del aire frío en contacto con el suelo cuando se encuentra éste a menor temperatura. Finalmente se ha caracterizado la transferencia de calor mostrando una correlación parabólica en términos de la distancia radial. El sistema combinado presenta mejor rendimiento que el caso isotermo. Esto confirma la fuerte influencia que tiene el suelo radiante frío con la ventilación por desplazamiento. Este sencillo modelo constituye una herramienta simple y útil para un fin práctico en ingeniería, como es el acondicionamiento de grandes superficies con sistemas de ventilación por desplazamiento.