1. Repositorio Institucional del Tecnológico Nacional de México (RI - TecNM)
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7. Tesis de Doctorado en Ingeniería Mecánica

Titre:	ESTUDIO DINÁMICO DE ELEMENTOS TÍPICOS CONSTRUCTIVOS DE MÉXICO INCLUYENDO UN MATERIAL DE CAMBIO DE FASE
Auteur(s):	Garcia Perez, Daniel%848568
Date de publication:	2023-08-31
Editeur:	Tecnológico Nacional de México
metadata.dc.publisher.tecnm:	Centro Nacional de Investigación y Desarrollo Tecnológico
Description:	Se presenta un estudio teórico sobre la evaluación térmica de una pared de block hueco y un techo de bovedilla, ambos con y sin material de cambio de fase (PCM por sus siglas en inglés) bajo las condiciones meteorológicas de Mérida, Yucatán. El estudio se llevó acabo durante el día más cálido y más frío de cada mes del año. Para ello, se modeló la transferencia de calor conjugada en dos modelos de paredes y un modelo de techo con geometría y dimensiones similares a las indicadas en las normas de México. Las componentes estudiadas fueron: una pared de ladrillo (LR), una pared de block hueco (BH), una pared de block hueco con una capa de PCM (BHP), un techo de bovedilla (TB) y un techo de bovedilla con una capa de PCM (TBP). La configuración LR está compuesta por dos capas de revoque y un ladrillo sólido, la BH está conformada por dos capas de revoque y un block hueco y la BHP es la configuración BH con una capa de PCM de 10, 15 y 20 mm de espesor; por su parte, la configuración TB está formada por bovedilla y una capa de compresión y la TBP es la configuración TB con una capa de PCM de 10 mm de espesor. La capa de PCM se considera entre la capa de revoque interior y la componente, de tal manera que las configuraciones BHP y TBP pueden ser implementadas tanto en edificios en planeación como en operación. La modelación se realizó en dos dimensiones y en estado transitorio con el método de volumen finito, para el acople de las ecuaciones de masa y momento se utilizó el algoritmo PISO (Pressure-Implicit with Splitting of Operators) y para los términos convectivos y difusivos se utilizaron los esquemas de interpolación híbrido y centrado, respectivamente; por su parte, para la discretización del término transitorio se implementó un esquema de segundo orden y el paso de tiempo para la modelación fue de 30 s. Para el modelado del PCM se implementó el método de calor específico efectivo. Respecto a los resultados de las paredes, se observó que la LR produjo un retraso de hasta dos horas la temperatura máxima de la superficie interior respecto a la temperatura máxima de la superficie exterior. Sin embargo, el BH presentó 14.6% menos energía por unidad de área hacia el interior en el día más cálido respecto al LR y 1.9% más energía por unidad de área hacia el interior. Por lo tanto, se seleccionó el BH para observar el aporte de una capa de PCM sobre su comportamiento térmico. Se apreció que la configuración BHP reduce la energía por unidad de área en los días cálidos entre 6.9 y 48.7% respecto a BH y en los días fríos disminuye entre 9.7 y 65.6 %. Además, la configuración BH presenta emisiones de CO2 anuales de 0.051 tCO2e/m2 y energía por unidad de área anual de 120.2 kWh/m2, los cuales se reducen hasta 25.1, 31.9 y 37.4% con las configuraciones BHP10, BHP15 y BHP20, respectivamente. En general, se observó que la adición del PCM mejora el comportamiento térmico del BH en mayor medida durante los meses con mayor radiación solar. Por otra parte, los resultados de los techos mostraron que la temperatura de la superficie interior del TB presenta una oscilación entre 24.7 y 30.4 ◦C, mientras que TBP oscila entre 25.9 y 27.3 ◦C; de tal manera que TBP reduce la energía por unidad de área hasta 65.3% en el día más frío del año respecto a TB y 68.7% en el día más cálido del año. También, se observó que la configuración TBP disminuye la energía por unidad de área mensual hasta 62.2% en enero respecto a TB y la mínima disminución es de 15.6% en junio. Anualmente, la configuración TB muestra una energía por unidad de área de 363.4 kWh/m2 lo cual equivale a 0.154 tCO2e/m2 y se disminuyen hasta 35.7% cuando se implementa un PCM. De acuerdo con los resultados, se recomienda implementar un espesor de PCM menor o igual a 15 mm en el BH, debido a que el PCM de 20 mm aumenta su volumen 100.0%respecto a 10 mm y 33.3% respecto a 15 mm, no obstante, la configuración BHP20 disminuye el flujo de calor anual solamente un 12.3% respecto a BHP10 y un 5.5% respecto a BHP15. Además, se recomienda la adición de una capa de PCM de 10 mm de espesor en TB disponibles en el mercado mexicano bajo condiciones meteorológicas similares a las de Mérida, Yucatán. Por lo tanto, se concluye que la capa de PCM es capaz de disminuir la oscilación térmica y el flujo de calor hacia el interior tanto en pared de BH como en TB, lo cual representa una disminución en el costo de consumo eléctrico destinado a acondicionamiento de espacios y las emisiones de gases de efecto invernadero que esto genera en ciudades como Mérida o en regiones climáticas similares.
metadata.dc.type:	info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
Collection(s) :	Tesis de Doctorado en Ingeniería Mecánica

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