Se reporta una investigación en la cual se fabricó un equipo enfriador a base de materiales cerámicos. Se presentan sus perfiles de temperatura y los procesos de enfriamiento evaporativo que ocuren.

1. Universidad de Sonora
División de Ingeniería.
Departamento de Ingeniería Química y Metalurgia.
Estudiante:
Alcerreca Valdez Tadeo Alejandro
Fecha:
25/01/2018
Enfriador cerámico ahorrador de
energía para regiones áridas
Operaciones Unitarias II

2. Datos del artículo a exponer
Nombre del artículo: Enfriador cerámico ahorrador de energía para
regiones áridas (An Energy-Saving Ceramic Cooler For Hot Arid
Regions).
Nombre del autor: Victor O. Aimiuwu (Nigeria).
Nombre de la revista: AIP Conference Proceedings.
Datos de la publicación: 2008 vol: 991 pp: 75-81.

3. Secciones de la Exposición
•Introducción
•Trasfondo Teórico
•Desarrollo Experimental
•Conclusiones

4. Introducción

5. Introducción
Las regiones áridas se encuentran generalmente en los países en
desarrollo, donde el clima es caliente y cumple con estas 3
condiciones:
1. Poca lluvia y humedad relativa.
2. Muchos días calientes.
3. Patrones casi fijos de vientos diurnos y temporales.
Estas condiciones favorecen procesos de enfriamiento solares,
pasivos y evaporativos. Especialmente en áreas rurales donde no hay
energía eléctrica.

6. Introducción
Zonas áridas en el mundo.

7. Trasfondo
Teórico

8. Teoría del enfriado evaporativo usando
materiales cerámicos cocidos
El proceso de enfriamiento por
evaporación existe cuando las
moléculas de agua obtienen suficiente
energía para transformarse en vapor
sin adición neta de energía.
Al convertirse en gas, estas moléculas
dejan al fluido original con menos
energía cinética, enfriándolo.

9. Teoría del enfriado evaporativo usando
materiales cerámicos cocidos
En los contenedores porosos el efecto de enfriado es incrementado
porque las moléculas con mayor energía tienen un lugar de escape
por medio de los poros.
El contenedor poroso ideal debe ser lo suficientemente poroso para
permitir escurrimiento y evaporación sin pérdidas excesivas de
líquido.

10. Diseño del enfriador cerámico
Esquema y ecuaciones de energía del enfriador cerámico

11. Diseño del enfriador cerámico
El enfriador cerámico tiene 3 características principales:
1. Forma elipsoidal.
2. Hechos de arcilla de montmorillonita.
3. Calentado a 600°C durante su fabricación para maximizar el
tamaño de poro.

12. Ecuaciones matemáticas
El principio de conservación de energía implica que la siguiente ecuación debe
cumplirse:
Donde: M = Masa de agua, M1 = Masa de agua equivalente por el enfriador
cerámico, m = Masa de agua que se evapora por minuto, C = Calor específico del
agua, L = Calor latente del agua, K = coeficiente de enfriamiento de Newton, t =
tiempo, T = Temperatura instantánea del agua, Ta = Temperatura del ambiente,
Tb = Temperatura de ebullición del agua.

13. Ecuaciones matemáticas
La solución de la ecuación diferencial previa es la siguiente:
Donde To = Temperatura inicial, Te = Temperatura de equilibrio, α =
Fracción de agua que se evapora a cada minuto, β = Parámetro de
intercambio de calor entre el enfriador y el ambiente.

14. Dependencia de los factores
Ambos factores α y β dependen de varios factores como lo son:
1. Humedad de la atmósfera.
2. Corrientes convectivas alrededor del enfriador.
3. Tamaño de poros en las paredes.
4. Espesor de las paredes.

15. Dependencia de los factores
Curvas de enfriamiento teóricos para varias condiciones

16. Desarrollo
Experimental

17. Enfriador cerámico como sistema de
almacenaje en frío
Dos enfriadores cerámicos, uno dentro del otro, fueron fabricados de
los materiales previamente mencionados y se usaron para formar un
sistema de almacenaje en frío.
El interior tiene una sección de parábola mientras que el enfriador
exterior tiene la forma elipsoidal previamente mostrado.
Se midió la temperatura a cada hora dentro y fuera del sistema.

18. Enfriador cerámico como sistema de
almacenaje en frío
Sistema de enfriamiento compuesto

19. Enfriador cerámico como sistema de
almacenaje en frío
Temperaturas cada hora del (x) Ambiente, (o) Sistema cerámico, (+) Diferencia de temperaturas entre ellos

20. Análisis de resultados
De la comparación de las curvas de temperaturas podemos concluir
4 cosas:
1. La temperatura del enfriador cerámico es consistentemente más
baja que la del ambiente en todo el día.
2. La fluctuación diaria de 6.6 °C dentro del enfriador es mucho
menor que la de 17.8 °C para el ambiente.
3. El ciclo de temperatura del sistema está desfasado detrás de aquel
del ambiente por alrededor de 2 horas.
4. Los dos ciclos no son simétricos ni cerrados.

21. Prueba de almacenaje de frutas y
verduras
El experimento fue llevado a cabo durante la temperada del
Harmattan con vientos secos y con una humedad relativa menor al
30%.
La cámara interior fue limpiada y secada.
Un peso conocido de una fruta particular fue puesto dentro la
cámara dentro de un bolsillo abierto de celofán con la cámara
cerrada.
Otro conjunto de fruta del mismo peso fue puesto en una mesa
cercana sin ninguna protección.

22. Resultados de la prueba
Preservación de Zanahorias (Dalicus Carota)

23. Resultados de la prueba
Preservación de Pimientos (Capsicum Frutescens)

24. Resultados de la prueba
Preservación de Berenjena (Solanum Melongena)

25. Conclusión

26. Conclusión
•Da una alternativa para las comunidades rurales en
regiones áridas.
•El agua dentro del enfriador cerámico se encuentra a 15 °C
menos que la temperatura ambiente durante el día.
•Se pueden conservar frutas y verduras en él hasta por 40
días.
•No tiene ningún costo energético

27. Gracias por su
atención