Modelado numérico del crecimiento y densificación de escarcha sobre superficies con flujo cruzado. - Madrid Morelos, Víctor Iván (2015)
La formación de escarcha en placas planas y cilindros es de gran importancia debido a que son parte de la geometría tópica de un evaporador de tipo tubos y aletas de la mayoría de los sistemas de refrigeración domésticos, ya sean refrigeradores o aires acondicionados. El espesor y densidad de la escarcha puede influir tanto positiva como negativamente en la transferencia de calor entre el aire y el refrigerante teniendo así un papel importante en el desempeño del evaporador. En el presente estudio se modela matemáticamente la formación, crecimiento y densificación de escarcha sobre superficies planas y cilíndricas sujetas a flujo cruzado de aire húmedo con diversos números de Reynolds. La formación de escarcha se debe a la humedad contenida en el aire que, al entrar en contacto con una superficie a una temperatura inferior a su temperatura de congelación, pasa por un proceso de cambio de fase. Es posible modelar este proceso si se utilizan ecuaciones de conservación de cantidad de movimiento, energía y materia para cada fase (gaseosa y solida), así como para cada componente de la fase gaseosa (aire seco y humedad). Para determinar la masa de agua que pasa de fase gaseosa a solida es necesario realizar un balance de materia molecular. Esta masa depositada se utiliza como termino fuente de masa para la fase solida y como sumidero para la fase gaseosa. Dichas fuentes y sumideros de masa afectan también a la conservación de cantidad de movimiento y energía en ambas fases. Entonces se calcula la fracción volumetrica de solido local considerando formalmente como escarcha fracciones superiores a cierto valor critico. En base a dicha fracción volumetrica se calculan las propiedades de la escarcha tales como densidad y conductividad térmica observando así sus cambios temporales y espaciales.