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35)2016-1_Murrieta Flores_Israel

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Se presenta una investigación experimental de un acondicionador de aire enfriado por agua que utiliza páneles elaborados con celulosa como material de empaque en torres de enfriamiento de agua.

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35)2016-1_Murrieta Flores_Israel

  1. 1. -Operaciones unitarias 2 -Estudio de un aire acondicionado residencial por agua enfriada a alta eficiencia. Israel Murrieta Flores 24/febrero/2016
  2. 2. -Estudio de un aire acondicionado residencial por agua enfriada a alta eficiencia.  Estudio de una alta eficiencia de refrigerado por agua de división residencial aire acondicionado  Disponible en www.sciencedirect.com  Autor: S. S. Hu, B. J. Huang  Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad Nacional de Taiwán, Taipei 106, Taiwán  Recibido el 20 de agosto de 2004; aceptado el 20 de noviembre de de 2004 Disponible en línea el 29 de enero de de 2005
  3. 3. Índice.  Resumen  Introducción  Estudio de las características de transferencia de calor y masa en las almohadillas de celulosa  Verificación experimental  Análisis de ahorros y Reembolso.  Conclusiones.
  4. 4. Resumen  Este artículo presenta una investigación experimental de aire acondicionado a alta eficiencia refrigerado por agua que utiliza la almohadilla de celulosa como el material de relleno de la torre de enfriamiento. El rendimiento de La torre de refrigeración se mejora debido a la buena capacidad de humectación de agua de la almohadilla de celulosa que produce una película de agua uniforme sobre toda la superficie, crea un contacto perfecto entre el agua y el aire de refrigeración. COP= 𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑓𝑟𝑖𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎
  5. 5. Introducción  El Gobierno de Taiwán tiene la intención de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero de la central eléctrica y reducir el consumo de energía del sector residencial.  Se planea un aumento del coeficiente de rendimiento en los aires acondicionados residenciales en un 20%, es decir, de 2,96 en el presente reglamento a 3,45 en los próximos 3 años.
  6. 6. Tipos de condensadores.  En general, hay tres tipos de condensadores que utilizan en el sistema de aire acondicionado: refrigerado por aire, refrigeración por evaporación, y refrigerado por agua.
  7. 7. Experimento de Huang  Sistema dividido de bomba de calor a 4.7kw que utiliza un innovador diseño de condensador refrigerado por evaporación.  El condensador fue de 1 m de ancho, 0,66 m de largo y 0,66 m de altura. El calor que se ha retirado del condensador tomó lugar en un tanque de agua de refrigeración, donde se sumergieron los tubos del condensador. El agua calentada en el depósito fue levantada por los discos giratorios que en parte sumergido en el agua y luego se enfría por el aire de refrigeración flujo.  Los resultados de las pruebas mostraron que el coeficiente de rendimiento se incrementó en un 11,1 a 21,6% en comparación con el condensador refrigerado por aire.
  8. 8. Sistema acondicionado tipo dividido, por enfriamiento de agua.  Los condensadores por agua enfriada tienen mayor coeficiente de transferencia de calor y una configuración mas simple que los condensadores por aire.  Involucra una torre de enfriamiento, que implica una instalación mas grande y mayor gasto de energía para el ventilador y la bomba.
  9. 9. Material de relleno  La mayor parte de la torre de refrigeración convencional utiliza embalaje de plástico como material de relleno y la humectabilidad de agua sobre la superficie de plástico no es perfecto debido al fenómeno de la tensión superficial.  Se adopto la almohadilla de celulosa como el material de relleno para aumentar el área de contacto entre el agua y el aire.
  10. 10. El diseño de goswami  Goswami [5] diseñó un aire acondicionado residencial 8,8 kW readaptado con un sistema de refrigeración por aire utilizando un sistema de refrigeración por aire con almohadilla de celulosa. El aire se pre enfría antes de entrar al condensador al entrar en contacto con las almohadillas de celulosa humectadas para mejorar la eficiencia del condensador de refrigeración por aire.  Se logró un aumento del rendimiento del sistema en aproximadamente un 22%. El ahorro de energía eléctrica fue de 20% y el tiempo de recuperación de la inversión fue menos de dos años.
  11. 11. Sistema de aire acondicionado por agua enfriada, con empaque de celulosa. Ventilador Válvula de expansión ventilador Aspersor de agua Almohadilla de celulosa Bomba de agua Compresor Condensador
  12. 12. Estudio de las características de transferencia de masa y calor de las almohadillas de celulosa.  Hasta la fecha, ningún estudio ha sido llevado a cabo para investigar el enfriamiento del agua utilizando las almohadillas de celulosa.  Se presenta un primer estudio experimental para investigar las características de transferencia de calor y masa del proceso de refrigeración por agua en la torre de refrigeración por flujo cruzado con el uso de almohadillas de celulosa como el material de relleno .
  13. 13. Prueba de el equipo con las almohadillas de celulosa. Aspersor de agua Almohadilla de celulosa Medidor de flujo. BOMBA Calentador Tanque de agua
  14. 14. Prueba de el equipo con las almohadillas de celulosa.  Como se muestra, la sección de prueba contiene seis puntos de medición de temperatura incluyendo temperaturas en seco y de bulbo húmedo en ambas partes de la prueba, y dos puntos de temperatura del agua en la entrada y la salida de la almohadilla. Todos los puntos de temperatura tienen incertidumbre de ± 0,7 ° C. El flujo de agua (L) se mide dentro de un ± 4% de incertidumbre. El flujo másico de aire (G) se determina a partir de el balance de energía y masa usando los datos medidos de acuerdo con la Ec. (1) y por lo tanto tienen ± 4,9% incertidumbre.
  15. 15. características de transferencia de calor y masa  Las características de transferencia de calor y masa de la unidad de celda donde esta la almohadilla de celulosa puede ser DESCRITA por el parámetro kaV/L, que se deriva de la torre de enfriamiento cruzado y se define como:
  16. 16. Solución NUMERICA de la integral por tchebycheff
  17. 17. Factor de Corrección Se utiliza para los arreglos de superficie y flujo en intercambiadores de calor, se utiliza en el rendimiento de torres de enfriamiento por flujo cruzado cuando se utiliza la teoría de flujo a contra corriente.
  18. 18. Correlación de transferencia de calor y masa, para el funcionamiento de una torre de refrigeración. Se llevo a cabo un experimento para determinar los valores de λ y ε en la almohadilla de celulosa.  Rango de temperatura de bulbo húmedo de 25.5-28.5 C  La humedad relativa de 70% a 90%  La velocidad del aire de 1.08 a 2.02 m/s  El flujo de agua de 4 a 6 l/min  El parámetro ja/ga varia de .5 a 2.
  19. 19. Verificación experimental de un aire acondicionado de alto rendimiento  Un prototipo siguiendo el proceso de la Fig. 1 está diseñado para estudiar la viabilidad de la torre de refrigeración flujo transversal para usar almohadillas de celulosa como material de relleno. El prototipo es una división residencial aire acondicionado que tiene una capacidad nominal de enfriamiento de 3,52 kW, el consumo de energía 1.116 kW y una capacidad del condensador 4,64 kW.
  20. 20. temperatura de bulbo húmedo  Una regla común para seleccionar una temperatura de bulbo húmedo, que varía con el clima local, es que no debe de ser igual o excederse del 3-5% del tiempo en una operación que dura meses.  en taiwan, la media de la temperatura de bulbo húmedo oscila entre 23,2 ° C a 25,8 ° C en verano. Por lo tanto, el bulbo húmedo temperatura de 27 ° C es razonable como el punto de referencia para el diseño de la torre de enfriamiento.
  21. 21. CONSUMO DE ENERGIA EN LA BOMBA DE AGUA.  En lo que se refiere a El consumo de energía en la bomba de agua, lo más pequeño posible, una bomba de agua 13 W era seleccionado para proporcionar flujo de agua a una tasa de alrededor de 4-6 l / min. Por lo tanto, la caída de temperatura del agua (rango de refrigeración de agua) en la torre de refrigeración estará en el rango de 12-18 ° C.
  22. 22.  En el diseño de la torre de refrigeración, los valores KaV / L se evalúan de la ecuación. (3) para diferentes enfoques de temperatura en la torre de refrigeración, sustituyendo el valor medio de la posible temperatura de entrada de agua de la torre de refrigeración 43 ° C, El rango de enfriamiento de agua promedio va de 14,5 a 15,5 ° C en un ALCANZE de la torre de refrigeración de 0,5-1,5 ° C, y la condición del aire de entrada al Twb = 27 ° C en diferentes Ja/ga. La variación de los valores KaV / L con Ja / Ga se muestra en la Fig. 5 que representa la relación de Eq. (3).
  23. 23. altura de la torre  La altura de la torre de enfriamiento H se puede determinar:  En H = 30 cm y 60 cm con respecto al área de suelo de 15 cm · 30 cm, KaV / L se puede calcular con diferentes valores de de Ja / Ga por la Ec. (9) como se muestra en la Fig. 5. MEDIANTE:
  24. 24. Preparación de INSTRUMENTOS.  Veinte termopares de tipo T con una incertidumbre de ±0.7 °C se ponen en EL sistema y las señales se registran utilizando una grabadora hibrida  Dos manómetros (Refco) dentro de ± 2,8% de incertidumbre se instalan en los puertos de aspiración y descarga del compresor  El consumo de energía en el compresor, ventilador y bomba de agua son medidos por un potenciómetro, que tienen ± 0,2% y ± 1% de incertidumbre  La tasa de flujo de agua en el condensador y evaporador son medidos con ± 4% de incertidumbre.  La capacidad de enfriamiento y de calor rechazado del ciclo rankine es calculado por un balance de energía . Se obtienen las siguientes incertidumbres:  La potencia total = ± 1,02%.Coeficiente de rendimiento= ± 5,37%.
  25. 25. RESULTADOS Y DISCUSIÓN.  Durante la prueba, la temperatura del aire del bulbo húmedo oscila de 20.5 a 27 °C, la humedad relativa va de 70% to 90%, la velocidad del aire varia de 1.1 a 2.2 m/s, el flujo de agua varia de 3.5 a 5.5 l/min. COP= 𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑓𝑟𝑖𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎
  26. 26. Temperaturas de salida experimentales de la torre de enfriamiento. Porcentaje de error Temperatura teórica de la salida del agua Temperatura de Condensación Sin ventilador ni bomba de agua Con ventilador y bomba
  27. 27. Flujo de agua Temperatura de condensación Temperatura de bulbo húmedo Temperatura de el agua de entrada en el condensador
  28. 28. AHORRO Y REEMBOLSO  El análisis económico se basa en las siguientes condiciones: capacidad de refrigeración 3.52 kW, tiempo diario de operacion 12 h / día, los precios de la electricidad a 0.1 USD / kW h. COP Power (kW) Cost per month ($) 2.96 1.189 42.81 3.45 1.020 36.72  Se estima que la recuperación de inversión en la reequiparían del sistema se dará en 10 meses.
  29. 29. Conclusiones.  El sistema mejora el cop de estado estacionario de 2.96 a 3.45 bajo las siguientes condiciones:  La temperatura de bulbo húmedo es de 27 °C, la temperatura de bulbo seco a 35 °C, la velocidad del aire es 1.7 m/s, la temperatura de flujo de agua es menor de 27 °C.
  30. 30. Gracias por su atención

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