Investigación Numérica y Paramétrica de la Influencia de las Geometrías de Materiales de Cambio de Fase Rectangulares y Elípticas en el Rendimiento Térmico de un Intercambiador de Calor Tierra-Aire
Autores: Vielma Vivas, Giovanni Antonio; Colonico Reyes, Zurisaday; Razera, Andre Luis; Rocha, Luiz Alberto Oliveira; dos Santos, Elizaldo Domingues; Brum, Ruth da Silva; Isoldi, Liércio André
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Investigación Numérica y Paramétrica de la Influencia de las Geometrías de Materiales de Cambio de Fase Rectangulares y Elípticas en el Rendimiento Térmico de un Intercambiador de Calor Tierra-Aire
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Estudio
Integración
Materiales de cambio de fase
PCMs
Eficiencia
Intercambiadores de calor suelo-aire
GAHEs
Modelo computacional
ANSYS Fluent
Método de volúmenes finitos
Condiciones meteorológicas
Propiedades del suelo
Viamão
Brasil
Evaluación paramétrica
Configuraciones de contenedores de PCM rectangulares
Elípticas
Relaciones geométricas
Potencial térmico
Calefacción
Refrigeración
Geometrías
Secciones transversales cuadradas
Circulares
Flujo de aire
Formas alargadas
Eficiencia
Capas de suelo
Rendimiento
Diseños óptimos
Flexibilidad
Implementación del sistema.
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Este estudio evalúa el impacto de la integración de Materiales de Cambio de Fase (PCMs) en la eficiencia de los Intercambiadores de Calor Tierra-Aire (GAHEs). Se implementó un modelo computacional tridimensional para el sistema GAHE con un PCM anular integrado (GAHE-PCM) en ANSYS Fluent utilizando el Método de Volúmenes Finitos, teniendo en cuenta las condiciones meteorológicas y las propiedades del suelo de Viamão, Brasil. Se realizó una evaluación paramétrica con quince configuraciones de contenedores de PCM rectangulares y quince elípticos, variando sus relaciones geométricas. Los resultados indican que la inclusión de PCM puede mejorar el potencial térmico anual hasta en un 69.31% en calefacción y un 27.92% en refrigeración. Geometrías, como secciones transversales cuadradas o circulares, maximizan el intercambio de calor con el flujo de aire, mientras que las formas alargadas reducen la eficiencia del PCM. Además, colocar la mayor parte del PCM en capas de suelo más profundas y térmicamente estables reduce el rendimiento general. Para diseños casi óptimos, las diferencias entre contenedores rectangulares y elípticos son mínimas, proporcionando flexibilidad para la implementación del sistema.
Descripción
Este estudio evalúa el impacto de la integración de Materiales de Cambio de Fase (PCMs) en la eficiencia de los Intercambiadores de Calor Tierra-Aire (GAHEs). Se implementó un modelo computacional tridimensional para el sistema GAHE con un PCM anular integrado (GAHE-PCM) en ANSYS Fluent utilizando el Método de Volúmenes Finitos, teniendo en cuenta las condiciones meteorológicas y las propiedades del suelo de Viamão, Brasil. Se realizó una evaluación paramétrica con quince configuraciones de contenedores de PCM rectangulares y quince elípticos, variando sus relaciones geométricas. Los resultados indican que la inclusión de PCM puede mejorar el potencial térmico anual hasta en un 69.31% en calefacción y un 27.92% en refrigeración. Geometrías, como secciones transversales cuadradas o circulares, maximizan el intercambio de calor con el flujo de aire, mientras que las formas alargadas reducen la eficiencia del PCM. Además, colocar la mayor parte del PCM en capas de suelo más profundas y térmicamente estables reduce el rendimiento general. Para diseños casi óptimos, las diferencias entre contenedores rectangulares y elípticos son mínimas, proporcionando flexibilidad para la implementación del sistema.