Modelado numérico de fenómeno de convección a escala urbana.

Abstract

Según los datos presentados en el balance energético de nuestro país correspondiente al año 2020, la demanda energética de los sectores residencial y comercial se sitúan, respectivamente, en un 18% y 7% del consumo energético final, correspondiendo estos porcentajes a aproximadamente 829 Ktep y 322 Ktep. El acondicionamiento térmico de los ambientes se identifica, junto con el calentamiento de agua, como uno de los principales destinos de este consumo, por lo cual minimizar la carga requerida para calefacción y refrigeración de hogares, locales comerciales, y ambientes interiores en general, representa un ahorro potencial considerable desde el punto de vista energético, y por lo tanto también monetario. La modificación de diversos factores en el diseño arquitectónico de estas edificaciones, como por ejemplo la geometría, dirección u orientación de las mismas, pueden dar lugar a una mayor eficiencia térmica, mediante el correcto aprovechamiento de los flujos de calor por convección y radiación. Disponer de herramientas computacionales prácticas y eficaces durante la etapa de diseño de un proyecto, que permitan simular estos flujos de calor y así estimar adecuadamente las cargas térmicas requeridas, resulta entonces clave para lograr configuraciones arquitectónicas eficientes desde el punto de vista energético. Así mismo, puede ser de interés analizar el efecto de modificaciones en edificaciones existentes tendientes a mejorar su comportamiento térmico por vía de la aislación térmica o reducción de la captación de radiación solar, entre otros. El presente trabajo de tesis busca estudiar en detalle el cálculo de los coeficientes de transferencia de calor por convección (CHTC por sus siglas en inglés) a escala urbana, a partir del comportamiento de las corrientes de aire en las zonas próximas a las edificaciones, mediante la simulación computacional del campo de velocidad con enfoque vinculado a la dinámica de los fluidos computacional (CFD). Las ecuaciones dinámicas son resueltas mediante el uso del código caffa3d representando mediante el método de condiciones de borde inmersas la geometría del conjunto de edificaciones consideradas en el estudio. Se exponen en la investigación diversos modelos matemáticos propuestos por diferentes autores, seleccionando algunos mediante los cuales, a partir del campo urbano de velocidades simulado, se obtienen los coeficientes convectivos de interés. Estos coeficientes intervienen en el cálculo de los intercambios de calor por convección de los edificios, por lo que su adecuada representación es de utilidad a la hora de calcular el balance energético de las edificaciones, siendo utilizados, por ejemplo, en los distintos programas de simulación energética de edificios (BES).