Modelamiento de la transferencia de calor entre placas paralelas con un coating selectivo
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Date
2020
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Publisher
Abstract
En este trabajo se presenta un estudio de la transferencia de calor entre placas paralelas
recubiertas con un coating emisivo. La placa inferior está a una temperatura caliente y la
superior se mantiene fría. La cavidad intermedia se encuentra rellena con aire y las paredes
laterales son consideradas adiabáticas y reflectantes. Se desarrolló un modelo analítico de
transferencia de calor unidimensional y estacionario, que describe los parámetros críticos
y magnitudes en que operan la conducción, convección y radiación. Se utilizó un caso
base para validarlo, el cual considera una diferencia de temperaturas fija de 60ºC entre
placas y 3 combinaciones de emisividades en las placas caliente (ε1) y fría (ε2): El primero
considera ε1= ε2 = 0,9; el segundo ε1 = 0,9; ε2 = 0,05 y el tercero ε1 = ε2 = 0,05.
Dichos casos se analizaron con respecto al número de Rayleigh para el rango, 10³ < Ra <
10⁷, con la distancia entre placas como variable. Se reportó el comportamiento de las tasas
de transferencia de calor a través del número de Nusselt (Nu) de convección, radiación y
total, así como también el porcentaje de aporte de la radiación con respecto a la
transferencia total. Posteriormente, se evaluó el modelo para condiciones experimentales.
Las temperaturas a las cuales se evaluó la cara caliente son 300, 400 y 500ºC y en la cara
fría son dependientes de la efectividad de enfriamiento del circuito de disipación. También
se desarrolló un modelo para obtener la emisividad equivalente a través de gráficos de
emisividad espectral, y con ellos se evaluó el efecto de la radiación en la transferencia de
calor para parámetros experimentales. Se consideró el fenómeno de convección de
Rayleigh-Bénard y se determinaron los parámetros críticos en que la transferencia de calor
cambia de conducción pura a convección predominante (Ra=1708, Nu=1). Por último, se
propone un montaje experimental para evaluar y afinar el modelo analítico.En este trabajo se presenta un estudio de la transferencia de calor entre placas paralelas
recubiertas con un coating emisivo. La placa inferior está a una temperatura caliente y la
superior se mantiene fría. La cavidad intermedia se encuentra rellena con aire y las paredes
laterales son consideradas adiabáticas y reflectantes. Se desarrolló un modelo analítico de
transferencia de calor unidimensional y estacionario, que describe los parámetros críticos
y magnitudes en que operan la conducción, convección y radiación. Se utilizó un caso
base para validarlo, el cual considera una diferencia de temperaturas fija de 60ºC entre
placas y 3 combinaciones de emisividades en las placas caliente (ε1) y fría (ε2): El primero
considera ε1= ε2 = 0,9; el segundo ε1 = 0,9; ε2 = 0,05 y el tercero ε1 = ε2 = 0,05.
Dichos casos se analizaron con respecto al número de Rayleigh para el rango, 10³ < Ra <
10⁷, con la distancia entre placas como variable. Se reportó el comportamiento de las tasas
de transferencia de calor a través del número de Nusselt (Nu) de convección, radiación y
total, así como también el porcentaje de aporte de la radiación con respecto a la
transferencia total. Posteriormente, se evaluó el modelo para condiciones experimentales.
Las temperaturas a las cuales se evaluó la cara caliente son 300, 400 y 500ºC y en la cara
fría son dependientes de la efectividad de enfriamiento del circuito de disipación. También
se desarrolló un modelo para obtener la emisividad equivalente a través de gráficos de
emisividad espectral, y con ellos se evaluó el efecto de la radiación en la transferencia de
calor para parámetros experimentales. Se consideró el fenómeno de convección de
Rayleigh-Bénard y se determinaron los parámetros críticos en que la transferencia de calor
cambia de conducción pura a convección predominante (Ra=1708, Nu=1). Por último, se
propone un montaje experimental para evaluar y afinar el modelo analítico.En este trabajo se presenta un estudio de la transferencia de calor entre placas paralelas
recubiertas con un coating emisivo. La placa inferior está a una temperatura caliente y la
superior se mantiene fría. La cavidad intermedia se encuentra rellena con aire y las paredes
laterales son consideradas adiabáticas y reflectantes. Se desarrolló un modelo analítico de
transferencia de calor unidimensional y estacionario, que describe los parámetros críticos
y magnitudes en que operan la conducción, convección y radiación. Se utilizó un caso
base para validarlo, el cual considera una diferencia de temperaturas fija de 60ºC entre
placas y 3 combinaciones de emisividades en las placas caliente (ε1) y fría (ε2): El primero
considera ε1= ε2 = 0,9; el segundo ε1 = 0,9; ε2 = 0,05 y el tercero ε1 = ε2 = 0,05.
Dichos casos se analizaron con respecto al número de Rayleigh para el rango, 10³ < Ra <
10⁷, con la distancia entre placas como variable. Se reportó el comportamiento de las tasas
de transferencia de calor a través del número de Nusselt (Nu) de convección, radiación y
total, así como también el porcentaje de aporte de la radiación con respecto a la
transferencia total. Posteriormente, se evaluó el modelo para condiciones experimentales.
Las temperaturas a las cuales se evaluó la cara caliente son 300, 400 y 500ºC y en la cara
fría son dependientes de la efectividad de enfriamiento del circuito de disipación. También
se desarrolló un modelo para obtener la emisividad equivalente a través de gráficos de
emisividad espectral, y con ellos se evaluó el efecto de la radiación en la transferencia de
calor para parámetros experimentales. Se consideró el fenómeno de convección de
Rayleigh-Bénard y se determinaron los parámetros críticos en que la transferencia de calor
cambia de conducción pura a convección predominante (Ra=1708, Nu=1). Por último, se
propone un montaje experimental para evaluar y afinar el modelo analítico.En este trabajo se presenta un estudio de la transferencia de calor entre placas paralelas
recubiertas con un coating emisivo. La placa inferior está a una temperatura caliente y la
superior se mantiene fría. La cavidad intermedia se encuentra rellena con aire y las paredes
laterales son consideradas adiabáticas y reflectantes. Se desarrolló un modelo analítico de
transferencia de calor unidimensional y estacionario, que describe los parámetros críticos
y magnitudes en que operan la conducción, convección y radiación. Se utilizó un caso
base para validarlo, el cual considera una diferencia de temperaturas fija de 60ºC entre
placas y 3 combinaciones de emisividades en las placas caliente (ε1) y fría (ε2): El primero
considera ε1= ε2 = 0,9; el segundo ε1 = 0,9; ε2 = 0,05 y el tercero ε1 = ε2 = 0,05.
Dichos casos se analizaron con respecto al número de Rayleigh para el rango, 10³ < Ra <
10⁷, con la distancia entre placas como variable. Se reportó el comportamiento de las tasas
de transferencia de calor a través del número de Nusselt (Nu) de convección, radiación y
total, así como también el porcentaje de aporte de la radiación con respecto a la
transferencia total. Posteriormente, se evaluó el modelo para condiciones experimentales.
Las temperaturas a las cuales se evaluó la cara caliente son 300, 400 y 500ºC y en la cara
fría son dependientes de la efectividad de enfriamiento del circuito de disipación. También
se desarrolló un modelo para obtener la emisividad equivalente a través de gráficos de
emisividad espectral, y con ellos se evaluó el efecto de la radiación en la transferencia de
calor para parámetros experimentales. Se consideró el fenómeno de convección de
Rayleigh-Bénard y se determinaron los parámetros críticos en que la transferencia de calor
cambia de conducción pura a convección predominante (Ra=1708, Nu=1). Por último, se
propone un montaje experimental para evaluar y afinar el modelo analítico.En este trabajo se presenta un estudio de la transferencia de calor entre placas paralelas
recubiertas con un coating emisivo. La placa inferior está a una temperatura caliente y la
superior se mantiene fría. La cavidad intermedia se encuentra rellena con aire y las paredes
laterales son consideradas adiabáticas y reflectantes. Se desarrolló un modelo analítico de
transferencia de calor unidimensional y estacionario, que describe los parámetros críticos
y magnitudes en que operan la conducción, convección y radiación. Se utilizó un caso
base para validarlo, el cual considera una diferencia de temperaturas fija de 60ºC entre
placas y 3 combinaciones de emisividades en las placas caliente (ε1) y fría (ε2): El primero
considera ε1= ε2 = 0,9; el segundo ε1 = 0,9; ε2 = 0,05 y el tercero ε1 = ε2 = 0,05.
Dichos casos se analizaron con respecto al número de Rayleigh para el rango, 10³ < Ra <
10⁷, con la distancia entre placas como variable. Se reportó el comportamiento de las tasas
de transferencia de calor a través del número de Nusselt (Nu) de convección, radiación y
total, así como también el porcentaje de aporte de la radiación con respecto a la
transferencia total. Posteriormente, se evaluó el modelo para condiciones experimentales.
Las temperaturas a las cuales se evaluó la cara caliente son 300, 400 y 500ºC y en la cara
fría son dependientes de la efectividad de enfriamiento del circuito de disipación. También
se desarrolló un modelo para obtener la emisividad equivalente a través de gráficos de
emisividad espectral, y con ellos se evaluó el efecto de la radiación en la transferencia de
calor para parámetros experimentales. Se consideró el fenómeno de convección de
Rayleigh-Bénard y se determinaron los parámetros críticos en que la transferencia de calor
cambia de conducción pura a convección predominante (Ra=1708, Nu=1). Por último, se
propone un montaje experimental para evaluar y afinar el modelo analítico.
Description
Tesis (Magíster en Ciencias de la Ingeniería)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2020