Convección Natural en Sistemas Interconectados-Edición Única

Abstract

En este trabajo se estudió el problema de convección de calor en sistemas interconectados con el apoyo de simulaciones numéricas. Estos sistemas constan de dos volúmenes (un cilindro exterior y un paralelepípedo) conectados por sus paredes verticales mediante dos ductos, uno localizado en la parte superior y el otro en la parte inferior. Dentro del cilindro exterior existe otro cilindro más pequeño (núcleo) en donde se genera calor. El aceite en contacto con el núcleo disminuye su densidad y asciende para entrar al paralelepípedo por el ducto superior. El paralelepípedo hace la función de un radiador que disipa calor a la atmósfera a través de su superficie. El aceite al enfriarse desciende a través del radiador y entra por el ducto inferior del cilindro exterior. Es decir, se forma un circuito en donde el fluido transporta el calor generado en uno de los volúmenes y lo disipa a la atmósfera a través del otro volumen. Este tipo de problema se encuentra en los transformadores de potencia, calentadores de aceite y equipo electrónico. Las simulaciones numéricas se realizaron para distintas situaciones en donde se variaba el calor generado en el núcleo y el disipado en los radiadores. También se investigó el efecto en la transferencia de calor para el caso en que la posición del núcleo se acercaba o alejaba del radiador. Se presentan distribuciones de velocidades y temperaturas en diferentes secciones de los sistemas interconectados para diferentes tiempos. Además, se obtuvieron la respuesta en el tiempo de las siguientes variables: temperaturas del ducto superior e inferior y el flujo másico a través de los radiadores. De los resultados se concluyó que para tiempos grandes, la distribución de temperaturas en la parte superior del cilindro exterior es aproximadamente uniforme. El flujo másico se incrementó al aumentar la magnitud del calor generado en el núcleo y la diferencia de temperaturas entre el ducto superior y el inferior. Por su parte los tiempos de respuesta del flujo másico y de las temperaturas de los ductos superior e inferior disminuyeron al acercase el núcleo a los radiadores.