ESTUDIO EXPERIMENTAL Y NUMÉRICO DE LA CONVECCIÓN NATURAL DE AGUA EN UNA CAVIDAD CILÍNDRICA CERRADA

Resumen

El objetivo de este trabajo es la validación del código computacional desarrollado en OpenFOAM, que posteriormente se empleará en la simulación del comportamiento del prototipo utilizado para la detección de radiación Cherenkov ubicado en la Puna Salteña. La necesidad de contrastar datos experimentales con los obtenidos por el código mencionado motivó a la realización de experiencias a escala de laboratorio. El abordaje experimental consistió en calentar agua contenida en un recinto cilíndrico a través de sus paredes laterales hasta alcanzar el estado cuasi-estacionario, y determinar un intervalo de tiempo en el cual los resultados numéricos mantienen un error relativo dentro de los márgenes aceptables. También se realizaron experiencias de calentamiento con un flujo de calor constante por la pared lateral, seguido del enfriamiento del sistema debido a la interacción con la temperatura ambiente. Durante los ensayos, se registraron medidas de temperatura en el interior del fluido y en la pared del recinto. La configuración del sistema consiste en un recipiente cilíndrico de vidrio, rodeado por un calefactor en la pared lateral con la tapa y base aisladas. El rango del número de Rayleigh estudiado es de 9.26×10⁶- 2.32×10⁷, de Prandtl 4.31- 7.37 y la relación de aspecto (Altura/Radio) de 2.31- 2.58. La simulación se realizó con el solucionador transitorio BuoyantPimpleFoam de OpenFOAM v.9, en dos dimensiones. Se consideraron tres tamaños de mallas: 30 y 80, 50 y 130, 70 y 180, divisiones radial y axial, respectivamente; confirmando que la segunda malla es capaz de generar resultados aceptables. Luego, se compararon los datos medidos de temperatura en el interior del fluido y los simulados. Los errores absolutos y cuadrático medio determinados no superan 0,5 ºC. De este modo los resultados de las simulaciones obtenidas en las condiciones mencionadas, concuerdan con los datos experimentales obtenidos en las distintas condiciones ensayadas, lo cual permitirá ajustar la herramienta computacional para la descripción del comportamiento térmico de grandes tanques de agua bajo las condiciones meteorológicas reales.