Análisis CFD de transferencia de calor por convección natural para integración de dispositivos termoeléctricos

Abstract

[ES]En la actualidad el desarrollo de metodolog´ıas para el aprovechamiento energ´etico tiene un creciente inter´es en industrias de cualquier tipo, incluyendo la aeroespacial. Este inter´es se debe a la necesidad de ahorro energ´etico dada la constante incertidumbre sobre el precio de los combustibles f´osiles y el impacto ambiental que la producci´on de energ´ıa genera. Adem´as, un mejor aprovechamiento de energ´ıa generalmente conduce a una disminuci´on de los costes de funcionamiento de los equipos. El presente trabajo se centra en el aprovechamiento de parte de la energ´ıa contenida en el calor residual emitido por dispositivos electr´onicos o el´ectricos. Para dicho aprovechamiento se utilizan dispositivos termoel´ectricos, capaces de generar electricidad a partir de una diferencia de temperatura entre sus terminales. El mayor rendimiento de tales dispositivos se alcanza cuando la diferencia de temperatura es mayor. Esto exige un an´alisis de transmisi´on de calor para buscar una configuraci ´on que mantenga la diferencia de temperatura al m´aximo posible. Dicho an´alisis depende fuertemente del problema concreto pues es necesario determinar el modo o modos de transferencia de calor predominantes o que permitan el dise˜no. Se analiza el caso particular de un farol para alumbrado como caso de referencia. El modo de transferencia de calor que permite cierto grado de dise˜no en la mencionada aplicaci ´on es la transmisi´on de calor por convecci´on natural adem´as de la radiaci´on. Este es precisamente el n´ucleo central del presente proyecto fin de carrera. El enfoque para el an´alisis de la transmisi´on de calor por convecci´on natural y radiaci´on se realiza desde dos perspectivas complementarias. Por un lado se realiza un estudio te´orico basado en correlaciones semiemp´ıricas disponibles en la literatura que permiten evaluar la transmisi´on de calor global en algunas geometr´ıas simples. Por otro lado, de cara al an´alisis de geometr´ıas complejas y condiciones de contorno que no est´an recogidas en la literatura se realiza un estudio mediante un c´odigo CFD (del ingl´es, Mec´anica de Fluidos Computacional, Computational Fluid Dynamics), realizando la validaci´on de su metodolog´ıa con los casos sencillos disponibles en la literatura.