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http://cicese.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1007/3790| Estudio de la transferencia de calor conjugada en una ventana de triple vidrio con un material de cambio de fase Conjugate heat transfer study in a triple glass window with a phase change material | |
| ALAN ALEXANDER RODRIGUEZ AKE | |
| IVETT ZAVALA GUILLEN | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución | |
| ahorro de energía, clima cálido, clima templado energy saving, warm weather, mild weathe | |
| En esta investigación se presenta el análisis numérico de la transferencia de calor conjugada (conducción, convección e intercambio radiativo superficial) en una ventana de triple vidrio con un material de cambio de fase (PCM) en un clima cálido y un clima templado, los cuales corresponden a la ciudad de Mérida, Yucatán y la Ciudad de México, respectivamente. Se evaluaron dos configuraciones de ventana con PCM: TV1-PCM, compuesto por tres vidrios claros de 4 mm de espesor cada uno, un PCM de 5 mm de espesor ubicado sobre la superficie interna del vidrio exterior y dos cavidades con aire de 10 mm de espaciamiento cada una; y TV2-PCM, que es similar a TV1-PCM, pero con el PCM ubicado sobre la superficie del vidrio intermedio. El desempeño térmico de las ventanas con PCM fue comparado con el de dos configuraciones de referencia, ventana de triple vidrio (TV) y un vidrio convencional (VC), usando las condiciones del día más cálido y el día más frío de las distintas estaciones del año. Adicionalmente, se evaluó la configuración TV2-PCM con un espesor de PCM de 10 mm para el clima cálido, a la cual se le denominó TV3-PCM. Se usó el método de volumen finito para resolver las ecuaciones de conservación de masa, momentum y energía. Asimismo, se usó el método de radiosidad-irradiancia para resolver el intercambio radiativo superficial. Además, se utilizó el método de calor específico efectivo para modelar la conducción de calor del PCM. La evaluación térmica se llevó a cabo en términos del flujo de calor al interior por unidad de área, la temperatura de la superficie interior, el tiempo de retraso y el factor de decremento; también, se determinó el consumo eléctrico y las emisiones de CO2 provocadas por la energía ganada a través del sistema. Los resultados mostraron que, la configuración TV3-PCM disminuye los flujos de calor y la temperatura de la superficie al interior de manera considerable con respecto a las demás configuraciones de ventana bajo condiciones de clima cálido. Asimismo, ésta configuración redujo el consumo eléctrico y las emisiones de CO2 hasta un 38 y 7.1 % con respecto a la configuración VC y TV. Por su parte, en un clima templado la configuración TV1-PCM redujo los flujos de calor total al interior aproximadamente entre un 50 y 60 % y un 25 y 30 % con respecto a los del VC y TV, respectivamente; no obstante, el tipo de PCM y el espesor estudiado no mejoró considerablemente el comportamiento... This research presents the numerical analysis of the conjugate heat transfer (conduction, convection, and surface radiative exchange) in a triple glass window with a phase change material (PCM) under warm weather and temperate weather conditions, which correspond to the city of Merida, Yucatan, and Mexico City, respectively. Two window configurations with PCM were evaluated: TV1-PCM, which is formed by three clear glasses of 4 mm in thickness each, a PCM of 5 mm in thickness located on the inner surface of the outer glass, and two air-cavities of 10 mm in width each one; and TV2-PCM, which is similar to TV1-PCM, but with the PCM located on the middle glass surface. The thermal performance of the windows with PCM was compared against two reference configurations, a triple glass window (TV) and a conventional single glass window (VC), under weather conditions corresponding to the warmest day and the coldest day of the different seasons. Besides, the TV2-PCM with a PCM of 10 mm in thickness was also evaluated for the warm weather, which was named TV3-PCM. The mass, momentum, and energy conservation equations were solved using the finite volume method, while the surface radiative exchange was solved using the radiosity-irradiance method. Moreover, the effective specific heat method was used to model the heat conduction of the PCM. The thermal evaluation was carried out in terms of the heat flux to the inside, the inner surface temperature, the time lag, and the decrement factor; also, it determined the electrical consumption and CO2 emissions caused by the energy gain through the system. The results showed that the TV3-PCM configuration decreased the heat fluxes and the temperature from the surface to the interior considerably with respect to the other window configurations under warm weather conditions. Also, this configuration reduced the electrical consumption and CO2 emissions by up to 38 % and 7.1 %, respectively, compared to the VC and TV configurations. On the other hand, in a temperate climate, the TV1-PCM configuration reduced the total heat fluxes to the inside by approximately 50-60 % and 25-30 % with respect to the VC and TV, respectively; however, the type of PCM and the thickness studied did not improve the dynamic thermal behavior of the proposed windows. Also, it was concluded that multiple pane windows with/without PCM decreased the direct solar radiation towards the interior by up to 60 % with respect to VC; furthermore, these improved the .. | |
| CICESE | |
| 2022 | |
| Tesis de doctorado | |
| Español | |
| Rodriguez Ake, A.A. 2022. Estudio de la transferencia de calor conjugada en una ventana de triple vidrio con un material de cambio de fase. Tesis de Doctorado en Ciencias. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California. 144 pp. | |
| CONDUCTIVIDAD | |
| Aparece en las colecciones: | Tesis - Electrónica y Telecomunicaciones |
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| tesis_Alan Alexander Rodriguez Ake_17 oct 2022.pdf | Versión completa de la tesis | 26.89 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |