Mejoramiento del comportamiento térmico de sistemas de calentamiento de agua solares termosifónicos hechos con materiales no convencionales y con tanques de almacenamiento verticales y horizontales

El objeto de estudio de este proyecto son los sistemas de calentamiento de agua mediante energía solar que funcionan termosifónicamente. En particular se tratará con dos diseños particulares generados por fabricantes de la Provincia de Córdoba y que han solicitado el asesoramiento del Grupo de Energía Solar (GES) para el mejoramiento de la performance térmica de dichos equipos. Se trata de dos sistemas que tienen materiales no tradicionales y se diferencian además por tener una distinta disposición del tanque de almacenamiento: uno es en forma vertical y el otro en forma horizontal. Basados en los resultados de un ensayo bajo norma internacional, donde se detectaron algunas puntos factibles de mejora, se propone en este proyecto el análisis en detalle de los equipos, para lo cual se les debe desarmar completos, para realizar un estudio analítico y experimental de los mismos con el objeto de hacer un planteo teórico-analítico del comportamiento de los mismos, con la implementación de propuestas de mejora y chequeo de los resultados. Se propone entonces como objetivo lograr un mejoramiento de la performance térmica de los citados equipos a partir de un estudio experimental y analítico. Asumiendo esta posibilidad de mejora, se plantea la hipótesis de que es posible representar el funcionamiento de estos equipos mediante modelos físico-matemáticos desarrollados a partir de ecuaciones y correlaciones conocidas y procesos a interpretar mediante resoluciones numéricas y softwares específicos de simulación. De esta manera, se plantea el despieze completo de los equipos para estudiar en detalle su estructura y conexiones internas y a partir de la geometría, dimensiones y propiedades termofísicas de materiales constructivos y fluidos de trabajo, realizar modelos físico-matemáticos que permitan realizar variaciones de propiedades y geometría y así buscar las mejores combinaciones que produzcan equipos más eficientes térmicamente. Los modelos físico-matemáticos serán codificados en lenguajes de alto nivel para poder luego de una validación de los modelos, correr simulaciones en un software de reconocimiento internacional que permite sumar dichos modelos mediante un protocolo de comunicación, haciendo que las poderosas prestaciones del software se puedan aplicar a nuestros modelos. Se complementará el estudio con un análisis exergético para identificar los puntos críticos en que se producen las pérdidas de oportunidad de aprovechar la energía disponible, para así analizar cómo solucionar los problemas en dichos puntos. Los materiales a utilizar serán los propios equipos provistos por los fabricantes, que serán modificados convenientemente para operarlos como prototipos Se espera obtener un conocimiento acabado de los procesos y principios de funcionamiento de los equipos, que permita plantear las mejoras, las cuales se implementarán en los prototipos, realizándose una medición mediante norma igual a la inicial para ver en que magnitud se logran las mejoras esperadas. Se pretende además que las mejoras a implementar, en la etapa de transferencia a las empresas involucradas, redunden no sólo en un beneficio técnico, sino que también los sea desde el punto de vista económico. Para ello se trabajará también sobre los procesos y métodos de fabricación para que los equipos mejorados no sean mas caros que los originales y de ser posible sean aún más económicos, todo esto apuntando a la difusión de la energía solar térmica y poner al alcance de todos estos equipos tan convenientes para la propagación de las energías limpias. El proyecto redundará también en un importante beneficio para el conocimiento de la comunidad científica en general, con el aporte de nuevos resultados en diseños novedosos y con nuevos materiales. Además, la institución se beneficiará con la formación que obtendrán los integrantes del proyecto, muchos de ellos en etapa de realización de sus estudios de posgrado y en una etapa importante de su vida como investigadores.

Desarrollo y Aplicación de Herramientas Teóricas, Numéricas y Códigos Computacionales en Dinámica de Gases para Ingeniería Aeronáutica

Objetivos generales: • Desarrollo de un código utilizando programación orientada objeto y Fortran 2003 para simulación de flujos de gases de alta entalpía incluyendo efectos químicos. • Mejora de técnicas numéricas con la finalidad de simular flujos gas dinámicos con alta entalpía y químicamente activos. • Mejora de la comprensión del fenómeno de intermitencia caótica. • Mejorar en la comprensión, implementación y utilización del código openFOAM para la simulación de flujos de interés en la industria aeroespacial. Objetivos específicos: • Poseer la capacidad de simular las ecuaciones de la dinámica de gases tridimensionales, químicamente activas y dependientes del tiempo usando volúmenes finitos mediante códigos propios. • Continuar con el desarrollo de la nueva teoría que permite una descripción más adecuada y precisa del fenómeno de intermitencia como una de las rutas hacia el caos. • Adaptar el código openFoam para la simulación de la dinámica del flujo de gases con elevada entalpía y/o reactivos. • Aplicación de los códigos desarrollados a la simulación de flujos de interés aeronáutico tales como chorros supersónicos, flujos supersónicos alrededor de objetos en vuelo atmosférico y procesos de combustión difusiva. Resultados esperados • Obtención de un código numérico en volúmenes finitos mediante programación orientada a objeto desarrollado en la UNC con la capacidad de simular flujos gas-dinámicos, tridimensionales, viscosos, químicamente activos y dependientes del tiempo. Este código será la base para un programa de multifísica en flujos gaseosos que en un futuro deberá incluir ionización y simulación de flujos magnetohidrodinámicos compresibles. • Desarrollo y/o mejora de técnicas numéricas para la solución de flujos gas-dinámicos químicamente activos. Se continuará con la investigación que usa distintas funciones limitadoras para distintas ondas. • Mejora del conocimiento sobre fenómenos que presentan intermitencia caótica. Se continuará con la teoría que está actualmente en desarrollo por integrantes del grupo en colaboración con investigadores de universidades de España. Principalmente se pondrá énfasis para obtener una formulación más general de la teoría mediante el desarrollo de una técnica de perturbación que permita aproximar cualquier función no lineal que gobierna el proceso de reinyección. • Implementación del código openFOAM para simular flujos supersónicos y procesos de combustión. Se generarán librerías específicas para utilizar este software en aplicaciones de flujos compresibles. • Se espera alcanza una mejor descripción numérica del fenómeno de chorros supersónicos sub-expandidos que impactan sobre paredes sólidas.