SISTEMA DE ACODICIONAMIENTO DE AIRE CON …apertura de la compuerta de renovación instalada en la...
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GEO - AIRE SISTEMA DE ACODICIONAMIENTO DE AIRE CON INTERCAMBIADOR DE CALOR GEOTÉRMICO, GEOAIRE Dr. Jesús García González Dr. Abraham Olivares Arriaga
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GEO-AIRE
SISTEMADEACODICIONAMIENTODEAIRECONINTERCAMBIADORDECALORGEOTÉRMICO,GEOAIRE
Dr.JesúsGarcíaGonzálezDr.AbrahamOlivaresArriaga
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¿QUÉESGEO-AIRE?
El sistema GeoAire, está conformadopordosintercambiadoresdecalor:unintercambiador agua-suelo (pozogeotérmico) y un intercambiadoragua-aire(manejadoradeaireoUMA).El sistema aprovecha la temperaturaprácticamente constante del suelodurantetodoelaño,queseestimaestéalrededordelos20°C.
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¿QUÉESGEO-AIRE?Esquema de funcionamiento de la
bomba de calor geotérmica
Dimensiones del intercambiado de calor subterráneo de referencia
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PROCESODEDISEÑOE
IMPLEMENTACIÓN
1.ANÁLISISNUMÉRICOUTILIZANDOANSYSCFD
2.PRUEBASDECAMPO
3.IMPLEMENTACIÓNEXPERIMENTAL
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ANALISISNÚMERICO
(a)paredesadiabáticas (b)perfildetemperaturas
EntradadeFlujo
SalidadeFlujo
EntradadeFlujo
BalancedeEnergía
Temperaturaconstanteoconvección
SalidadeFlujo
Temperaturaconstante
PerfildeTemperaturas
PerfildeTemperaturas
Paredes adiabáticas Perfil de Temperaturas
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ANALISISNÚMERICO
Dominio de cálculo propuesto para la
obtención del perfil de temperaturas
• 1. Obtener el perfil de temperatura a lo largo de la profundidad del suelo en
el dominio de tierra únicamente (sin considerar el intercambiador del calor)
0y
TQ CE LR SR LEy
λ=
∂ʹ́ = − = − + −
∂
( )sCE h T T∞= −
(1 )SR albedo G= −
4 4( )s cieloLR e T Tσ= −
1.50.05532cieloT T∞=
( ) ( )0.0168 s hLE fh aT b r aT b∞= ⎡ + − + ⎤⎣ ⎦
0.78
5.678 0.775 0.35 si 4.88 m/s0.304
5.678 0.775 0.35 si 4.88 m/s0.304
u u
hu u
⎧ ⎛ ⎞⎛ ⎞+ <⎪ ⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠⎝ ⎠⎪
= ⎨ ⎛ ⎞⎛ ⎞⎪ + <⎜ ⎟⎜ ⎟⎪ ⎜ ⎟⎝ ⎠⎝ ⎠⎩
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ANALISISNÚMERICO
Dominio de cálculo para la segunda etapa de análisis
• 2. Evaluar el régimen térmico sujeto a los perfiles de temperatura obtenidos en el paso
anterior.
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ANALISISNÚMERICO
Comportamiento de la temperatura ambiente para un día representativo en verano
(15 de Julio de 2015) e invierno (15 de Enero de 2015)
Comportamiento de la intensidad de radiación solar para un día representativo en verano (15 de Julio de 2015) e invierno (15 de Enero de 2015)
0
5
10
15
20
25
30
0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 24:00
Tempe
ratura(°C)
Hora
Diaeninvierno
Díaenverano
0
200
400
600
800
1000
1200
0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 24:00
Intensidad
deRa
diaciónSolar(W/
m2)
Hora
Díaeninvierno
Díaenverano
ANALISISNÚMERICO
Malla estructurada obtenida sobre el modelo geométrico Modelo geométrico generado
ANALISISNÚMERICO
Variación de la temperatura de la tierra en función de la profundidad en Salamanca, Guanajuato durante el 2015
Primer semestre del año 2015 Segundo semestre del año 2015
ANALISISNÚMERICO
Perfil de temperatura para el intercambiador geotérmico en la ciudad de Salamanca, Gto., durante el primer cuatrimestre del año 2015. a) Mayo, b) Junio, c) Julio y d) Agosto.
ANALISISNÚMERICO
Variación de temperatura del fluido entre la entrada y la salida del intercambiador de calor
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PRUEBASDECAMPO–ANÁLISISDECONDUCTIVIDADTÉRMICA
Undiámetrodelbarrenode200m(aprox.8”).Unalongituddelbarrenode35mparapermicrlainsercióndeunaguíaparalamanguera.UndiámetronominaldemangueradePEADde32mm.Lainsercióndelamangueraserealizaráhastaunaprofundidadde33m
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PRUEBASDECAMPO–ANÁLISISDECONDUCTIVIDADTÉRMICA
VelocidadesdeperforaciónyclasiMicacióndelsuelo
0.0 2.0 4.0 6.0 8.0
-33
-30
-27
-24
-21
-18
-15
-12
-9
-6
-3
00.0 2.0 4.0 6.0 8.0
VELOCIDAD (cm/s)
VELOCIDAD (cm/s)
PRO
FUN
DID
AD (m
)
ARCILLA SUAVE
ARENA LIMOSA DENSA
ARENA UNIFORME DENSA
ARCILLA DURA
ρ = 1100 - 1400 kg/m3
ρ = 1900 - 2000 kg/m3
ρ = 1800 - 1900 kg/m3
ρ = 1650 - 1750 kg/m31. De0a5m:Arcilladura
2. De 5 a 18.5 m:
Arenauniforme
3. De 18.5 a 28 m:
Arenalimosa
4. De 28 a 34.5 m:Arcillasuave
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PRUEBASDECAMPO–ANÁLISISDECONDUCTIVIDADTÉRMICA
Medición de Temperaturas,
Potencia,Mlujoypresiónpara
pruebadeconductividad
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PRUEBASDECAMPO–ANÁLISISDECONDUCTIVIDADTÉRMICA
Resultados
Después de var i a siteraciones, el resultadopara la conductividadt é rm i c a y p a r a l adifusividad del suelodeterminadosfueron:
2
4.776 . 9
/0 1 /
k W mKm díaα =
=
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PRUEBASDECAMPO–ANÁLISISDECONDUCTIVIDADTÉRMICA
Conclusiones:1. SedeMiniólametodologíaempleadaparalaelaboracióndeunpozogeotérmico.2. Se deMinió el procedimiento para la clasiMicación básica del suelo basándose en la
velocidaddeperforación.3. Fue deMinida una metodología para relacionar la velocidad de perforación y la
estratiMicacióndelsuelo.4. Se elaboró un cabezal para pruebas hidráulicas en el intercambiador de calor
geotérmico.5. Se elaboró un proceso para comprobar la hermeticidad del intercambiador de calor
geotérmico. Esta prueba es de suma importancia ya que no existe unmétodo visualparaladeteccióndefugasabajayaltapresión.
6. Se comprobó la necesidad de crear una etapa de recirculación y estabilización de latemperaturadelMluidodeltrabajoantesderealizarlapruebadeconductividadtérmica.
7. Paraelsueloestudiado,seobtuvounaconductividadtérmicade4.776W/m-k yunadifusividadde0.19m2/día.
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IMPLEMENTACIÓN–RENDIMIENTOTÉRMICO
Volumendecontrolaclimaczar;oficinamóvilconlassiguientesespecificaciones:
Espesor 50.8mm(2”)
Calibredelaláminaexterior 24
Calibredelaláminainterior 26
Factoresde
aislamiento
R 0.043m-K/W
U 0.129W/m-K
PesoCal.24/26 11.94kg/m2
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IMPLEMENTACIÓN–RENDIMIENTOTÉRMICO
UnidadManejadoradeaire.SerealizaelintercambiodecalorentreelaireambientalyelMlujoprovenientedelaperforación.LaUMApuedeserconectadaaunatensiónde120V,porloqueesadecuadaparaelmanejodeairedeunidadeshabitacionales.Deigualforma,[email protected]
IMPLEMENTACIÓN–RENDIMIENTOTÉRMICO
Sistemadedistribución.SeoptopordistribuirelMlujodeaireporconductometálicoparalaintemperieyductotextilparaelinteriorlograndounadistribuciónmasuniforme.
IMPLEMENTACIÓN–RENDIMIENTOTÉRMICO
Sistemadedistribución.SeoptopordistribuirelMlujodeaireporconductometálicoparalaintemperieyductotextilparaelinteriorlograndounadistribuciónmasuniforme.
IMPLEMENTACIÓN–RENDIMIENTOTÉRMICO
Combinacionesde5lujovolumétricodeaire.ParacaracterizarelMlujovolumétrico,setomaronencuentalossiguientes3casosdemanejodeaire:
y=0.4309e0.3295xR²=0.99728
y=-0.652x2+0.956x+4E-16R²=1
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%
Fluj
o de
aire
en
m3/
s
Apertura de la compuerta de renovación
Inyección
Retorno
Exponencial(Inyección)
1.Compuertaderenovaciónabiertaal100%2.Compuertaderenovaciónabiertaal50%3.Compuertaderenovacióncompletamentecerrada
IMPLEMENTACIÓN–RENDIMIENTOTÉRMICOCondicionesambientalesdentrodelrecintodeprueba.
IMPLEMENTACIÓN–RENDIMIENTOTÉRMICOConclusiones: 1. Para la UMA, fue obtenido el comportamiento de inyección y retorno de aire de acuerdo a la
apertura de la compuerta de renovación instalada en la cámara de mezclado a forma de
economizador.Deesta forma, seobservaque laUMAescapazde impulsarun Mlujomáximode
0.6018m3/s(1275cfm)conunarenovaciónde0.304m3/s(644cfm),esdecir,unaproporción
50-50deairerenovadoyairederecirculación.
2. LaextrapolacióndelosresultadosfueposibleúnicamenteconelempleodelequipotermográMico3. SeobservóquelaUMApierdeeMicienciaalcerrarcompletamentelacompuertaderenovaciónde
aire,conloqueelMlujomáximoentregadobajoestacondiciónesde0.433m3/s(918cfm),loque
equivaleaunacaídade38%enMlujoinyectadodeaire.
4. Las mediciones mostraron que el comportamiento del Mlujo inyectado de aire responde a una
curvaexponencialconrespectoalaaperturadelacompuertaderenovacióndeaire.
IMPLEMENTACIÓN–RENDIMIENTOTÉRMICOConclusiones: 5. Lasmedicionesmostraronque el comportamientodel Mlujo inyectadode aire responde a una
curvaexponencialconrespectoalaaperturadelacompuertaderenovacióndeaire.
6. Deacuerdocon losresultados,semostraron lassiguientesvariacionesde temperaturadentro
delrecintoacondicionadoconrespectoalatemperaturaambiental:seredujolatemperaturaen
3.30°C,latemperaturadebulbohúmedodecreciódeunpromediode20°Caunpromediode14
°Cyelpuntoderocíocayódeunatemperaturapromediode10°Caunpromediode2.5°C.
7. Lahumedadrelativadelrecintocayódrásticamentedeunpromediode46%aunpromediode
23%despuésde30minutosdefuncionamientodelsistemaGeoAire.
8. DeacuerdoconlasgráMicasexpuestaseneldocumentomencionado,elintervalodetemperatura
agradable para una temperatura ambiental de 33 °C, va de los 25 °C a los 29 °C; el sistema
GeoAirellevólatemperaturadelrecintoadentrodeesteintervalodeconfort.
Preguntas?
