Transferencia de calor y masa durante la formación de escarcha en superficies horizontales con flujo paralelo

La formacion de escarcha es un fenomeno muy comun que ocurre cuando se tiene una superficie a baja temperatura en un ambiente con aire humedo. Este fenomeno ocurre debido a que el vapor de agua contenido en el aire cambia de fase, depositandose sobre la superficie fria. El estudio de este fenomeno es de gran importancia debido a que el espesor y las propiedades termof´isicas (i.e. conductividad termica y densidad) de la capa de escarcha afectan considerablemente a la transferencia de calor que ocurre entre el aire humedo y la superficie fria. Debido a esto, en los ´ultimos 20 anos se han realizado diversos estudios numericos y experimentales para poder conocer las condiciones bajo las cuales se favorece la formacion de la escarcha, ademas de conocer la variacion de sus propiedades y el efecto que tiene esta variacion a la transferencia de calor. Para poder predecir el crecimiento de la capa de escarcha sobre superficies planas a bajas temperaturas en condiciones de conveccion forzada, en este trabajo de investigacion se desarrollo un codigo numerico empleando el Metodo de los volumenes finitos. Para lograr esto, fue necesario resolver las ecuaciones que gobiernan dicho fenomeno, es decir, las ecuaciones de conservacion de masa, conservacion de cantidad de movimiento, conservacion de la energia y transporte de especies para todo el dominio, mismo que incluia la capa de escarcha y el aire humedo. Para calcular la tasa de crecimiento se realizo un balance de masa en la interfaz escarcha-aire en donde se estimo la diferencia entre los flujos de masa que provenian del lado del aire y los flujos de masa que se difundian dentro de la capa de escarcha, y esta diferencia correspondia a la masa que contribuye al crecimiento de la escarcha. Ademas de esto, se calculo la variacion de las propiedades termof´isicas dentro de la capa de escarcha considerando que ´esta es un medio poroso. Para validar el codigo numerico, se realizo un estudio experimental en un calorimetro tipo tunel de viento en el que es posible tener controladas las variables involucradas en el fenomeno (i.e. temperatura, humedad relativa, velocidad del aire). El parametro que se valido fue el espesor de la capa de escarcha. Se realizaron tres casos de estudio, con el fin de poder comparar los resultados numericos a diferentes condiciones y se encontro una diferencia relativa menor del 10 % en la mayoria de los puntos en donde se midio el espesor, siendo que al final de la placa el error fue mayor, de entre 12 % y 22 %, presumiblemente por la transicion al regimen turbulento.