INTERCAMBIADOR DE CALOR AIRE AIRE PARA EL ACONDICIONAMIENTO TÉRMICO DE UNA CAMARA DE REPRODUCCION AGAMICA DE PLANTAS

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1 INTERCAMBIADOR DE CALOR AIRE AIRE PARA EL ACONDICIONAMIENTO TÉRMICO DE UNA CAMARA DE REPRODUCCION AGAMICA DE PLANTAS Aljandro Luis Hrnándz Gracila Lsino Univrsidad Nacional d Salta (UNSa), Argntina. Dpartamnto d Física. Instituto d Invstigación n Enrgías no Convncionals (INENCO) - CONICET 5. Enrgía solar y ambint construido Rsumn. En st trabajo s prsnta l disño, la construcción y valuación trmonrgética d un intrcambiador d calor air air d flujo cruzado qu srá instalado n l Cntro d Exprimntación y Propagación Agámica (CEPA) ubicado n la EEA INTA - Sumalao d Catamarca. Est intrcambiador trabajará n combinación con un nfriador vaporativo n vrano y con colctors solars calntadors d air n invirno a fin d disminuir su consumo léctrico convncional a lo largo dl año. S dscrib l método d disño mplado con l cual s obtuvo un ára d transfrncia ncsaria d,3 m n bas a datos d tmpratura intrior obtnidos n 8 y s prsntan los valors mdidos durant l nsayo dl intrcambiador con los cuals s dtrminaron la fctividad promdio (9 %), l coficint global d transfrncia U y l númro d unidads d transfrncia, NTU. Finalmnt s prsnta un modlo d simulación validado con los datos mdidos. Palabras-clav: intrcambiador d calor, acondicionaminto térmico, monitoro. 1. INTRODUCCION El mplo d intrcambiadors d calor para l acondicionaminto térmico d spacios s aconsjado n los casos n qu las normas constructivas xign altas tasas d rnovacions d air por hora (sculas, hospitals, tc.) o cuando la calidad dl air intrior db sr prsrvada vitando l ingrso d contaminants químicos o biológicos al local acondicionado. Tal s l caso d la aplicación para la cual fu dsarrollado l intrcambiador d calor qu s prsntan n st trabajo. La propagación agámica d plantas con valor comrcial (nogal, olivo, frutals, tc.) s una técnica d multiplicación clonal d plantas in vitro qu stá sindo dsarrollada por l Instituto Nacional d Tcnología Agropcuaria d Argntina (INTA) n su Estación Exprimntal d Sumalao n Catamarca. A tal fin, s cró n l año 1991 l Cntro d Exprimntación y Propagación Agámica (CEPA) qu dsarrolla sus actividads n un dificio construido dntro d dicha Estación Exprimntal ubicada sobr la Ruta Provincial N 33 n l dpartamnto Vall Vijo. El dificio fu dscripto y monitorado térmicamnt por García t al. (8). Su cámara d rproducción agámica o cámara d cría s un local d 11,37 m d ára d planta y pos dos quipos d air acondicionado para mantnr su tmpratura intrior ntr y 5 C oprando durant las 4 hs. dl día. Con l fin d disminuir l consumo léctrico d stos quipos durant l vrano y l otoño (limitando su uso a príodos d clima xtrmadamnt caluroso) y d acondicionar térmicamnt l local ant vntuals salidas d funcionaminto d los mismos, s prvé la instalación d un sistma d rfrigración d apoyo qu funcion por nfriaminto vaporativo. Dbido a qu l air provnint dl nfriador vaporativo pud contnr un alto grado d humdad y star contaminado con virus, bactrias y/o sporas d hongos prjudicials para las plantas n crciminto, s prciso utilizar un intrcambiador d calor d alta ficincia qu nfrí l air d la cámara d cría rcirculándolo sin tomar contacto con l air dl nfriador vaporativo. En st trabajo s prsnta l disño, la construcción y valuación trmonrgética dl intrcambiador d calor air air d flujo cruzado qu ha d mplars para l acondicionaminto térmico d la cámara d cría dl CEPA trabajando acoplado al quipo d nfriaminto vaporativo. El dsarrollo d st dispositivo fu llvado a cabo por los autors d st trabajo n la Univrsidad Nacional d Salta, Argntina, como part d las taras planificadas n l PICTO N d la Univrsidad Nacional d Catamarca cuyo objtivo gnral s sustituir, n l mayor grado posibl, l consumo nrgético convncional dl CEPA mdiant stratgias bioclimáticas y nrgía solar. Su instalación srá ralizada sobr l lado xtrior d la pard dl local qu da al Est rquiriéndos la aprtura d dos orificios d,15 m d diámtro para l paso d los conductos qu comunicarán la cámara d cría con l intrcambiador d calor.. DISEÑO DEL INTERCAMBIADOR DE CALOR AIRE AIRE DE FLUJO CRUZADO Dbido al tipo d aplicación para la cual srá dstinado, s ligió para st intrcambiador una gomtría volumétricamnt compacta a fin d minimizar l spacio rqurido para su instalación. Si bin l intrcambiador d 1 PICTO cofinanciado por la Agncia Nacional d Promoción Cintífica y Tcnológica (ANPCyT)

2 flujo n contracorrint tin mayor ficincia qu l d flujo cruzado, rquir también d mayor dsarrollo longitudinal lo cual complica l disño cuando s dsa obtnr un modlo compacto. Por lo tanto, l intrcambiador disñado n st trabajo consta d un mpa-qutaminto d placas cuadradas d policarbonato alvolar d 1 mm d spsor formando canals para flujo cruzado dl air colocado dntro d una caja d chapa galvanizada aislada térmicamnt dl xtrior con polistirno xpandido d 5 mm d spsor sgún s squmatiza n la figura 1. El tabicado intrior dl policarbonato confir structura y rigidz suficint al bloqu intrcambiador cuyas placas cuadradas d,7 m d lado stán sparadas ntr sí por tabiqus dl mismo matrial y spsor nfrntados al flujo frío, gnrando sta sparación los canals por dond fluy l air calint provnint d la habitación. Simultánamnt, l air frío provnint dl quipo rfrigrador circula por l intrior d los alvéolos. En la figura 1 la flcha roja indica l sntido d flujo dl air calint y la azul l dl air frío. La diagonal d un cuadrado d,7 m d lado tin una longitud aproximada d 1 m razón por la cual la caja d chapa galvanizada tin una bas cuadrangular d 1,1 m d lado xtrior. Figura 1- Esquma dl mpaqutado cruzado y vista n planta dl intrcambiador. El funcionaminto d st intrcambiador dpndrá d la época dl año. En vrano stará acoplado a un nfriador vaporativo para rfrscar l air intrior d la cámara d cría mintras qu n invirno funcionará acoplado a un colctor solar calntadors d air a fin d calfaccionar dicho local. D sta forma s prtnd disminuir la cantidad d nrgía auxiliar convncional mplada n la climatización d la cámara d cría n función d las condicions climáticas qu s rgistrn n l lugar. Para la situación d vrano, la tmpratura d salida dl nfriador vaporativo s crcana a la tmpratura d bulbo húmdo dl air cuyo valor promdio, d acurdo a los datos históricos rgistrados n Catamarca, s d 19,5 C. Est valor fu obtnido mdiant la carta psicrométrica on lin dl INENCO (www. psicro.org/pricrocalc.html) a una altitud d 515 m.s.n.m. para una tmpratura d bulbo sco d 5,6 C y una HR dl 58 % como valors promdios n los trs mss dl vrano a partir d datos mtorológicos mdios mnsuals publicados por l Srvicio Mtorológico Nacional. Los parámtros d disño son: 1. El salto térmico qu s ncsario producir n l air d la habitación al pasar por l intrcambiador.. La tmpratura d ntrada dl air provnint dl sistma d acondicionaminto térmico xtrno (nfriador vaporativo n vrano o colctor solar calntador d air n invirno). 3. La fctividad qu s dsa obtnr. 4. El spsor d los canals d flujo. 5. Los caudals d ambas corrints d air. El vntilador qu impulsa l flujo d air dl lado d la habitación tin una potncia d 46 W y un diámtro d palta d,15 m, circulando un caudal d,38 m 3 /s n tubrías d s diámtro. El vntilador dl acondicionador xtrno tin un diámtro d,4 m y stablc un caudal d,475 m 3 /s n su ducto d ntrada al intrcambiador. La potncia d st vntilador s d 15 W. Ambos caudals furon dtrminados midindo la vlocidad dl air n los ductos mdiant una punta anmométrica unidirccional marca TSI y las potncias consumidas con una pinza amprométrica. POWER METER El dimnsionaminto dl intrcambiador s ralizó suponindo una opración d nfriaminto dl air provnint d la cámara d cría. Por lo tanto st flujo s l calint y sus tmpraturas d ntrada y salida son T c, y T c,s rspctivamnt. Las tmpraturas d ntrada y salida dl flujo frío provnint dl aparato nfriador son T f, y T f,s rspctivamnt. D acurdo a los valors d tmpratura mdidos n la cámara d cría durant un príodo d 3 días n l cual no funcionaron los quipos d air acondicionado (García t al., 8), los parámtros d disño mplados n l cálculo dl ára d transfrncia ncsaria para producir un salto térmico d 1 C n la corrint d air calint con una fctividad suprior al 9 % figuran n la tabla 1.

3 Tabla 1. Parámtros d disño mplados para l dimnsionaminto dl ára d transfrncia dl intrcambiador. T c, ( C) T c,s ( C) T f, ( C) Caudal calint Caudal frío Espsor d canals (m 3 /s) (m 3 /s) (m) ,38,475,1 Si Q t (W) s l calor transfrido dl flujo calint al frío, la fctividad d nfriaminto s obtin a partir d las trs tmpraturas d disño mdiant: ( Tc, Tc, s ) ( T T ) ( 3 ) ( 3 19) Q ( mc & ) t p c ε,9 (1) Q ( mc & ) máx p mín c, dond s ha aprovchado l hcho d qu l flujo másico mínimo s l d la corrint d air calint. Para dtrminar l ára d transfrncia ncsaria s db calcular l númro d unidads d transfrncia, NTU, qu para un intrcambiador d flujo cruzado tin las siguints xprsions (Incropra y DWitt, 199): f, 1 NTU ln Cr [ C ln(1 ε ) + 1] 1 NTU ln 1 + ln(1 ε Cr ) Cr r () La xprsión suprior corrspond a la condición d flujo mínimo mzclado y flujo máximo no mzclado y la infrior a la d flujo máximo mzclado y flujo mínimo no mzclado. El coficint C r s dfin como C r ( mc p ) ( mc ) & & mín p máx ( ρ Cmínc p ) c ( ρ Cmáxc p ) f sindo C mín l caudal dl air calint y C máx l dl air frío n st caso. Tanto la dnsidad ρ como l c p dl air dpndn d la tmpratura. La dnsidad, admás, dpnd d la altura dl lugar sobr l nivl dl mar, H, a través d la prsión atmosférica local, P(H). Su xprsión s la siguint: (3) P( H ) ρoto P( H ) 353, 198 ρ ( T, H ) P T P T (n kg/m 3 con T n K) (4) sindo ρ o 1,99 kg/m 3 a T o 73,13 K ( C) y a P Pa (Lid, 199). D acurdo a las xprsions válidas para la U.S. Standard Atmosphr, 1976, (dscripta por Lid) la prsión atmosférica a la altura H pud stimars mdiant: P(H) (88,15 / T H ) -5,55877 (Pa) (5) dond T H 88,15,65 H (con T n K y H n mtros) (6) Dado qu la Estación Exprimntal dl INTA - Sumalao s ncuntra a unos 515 m.s.n.m, l cocint P(H)/P o s,944. La dpndncia dl calor spcífico dl air con la tmpratura fu obtnida corrlacionando los datos d las tablas d propidads qu figuran n l libro d Incropra y DWitt (199) rsultando: c p ( T ) + T 15,5 +,8 T,3 (n J/kg C con T n C) (7) Evaluando la dnsidad y l c p dl air a la tmpratura mdia ntr ntrada y salida para l flujo calint y a la tmpratura d ntrada para l flujo frío, los valors d NTU d las dos xprsions qu figuran n () a una fctividad dl 9 % rsultan: NTU UA,86 para C mzclado t mín ( mc & ) 3,17 para Cmáx mzclado p mín (8) dond U s l coficint global d transfrncia d calor y A t l ára total d transfrncia buscada. Para ncontrar l valor d A t a partir d la c. (8) s prciso stimar primro l coficint global d transfrncia U cuya xprsión s:

4 1 U (9) 1/ hc + xp / k p + 1/ hf dond: h c : coficint d transfrncia d calor por convcción dl lado calint n W/m C. h f : coficint d transfrncia d calor por convcción dl lado frío n W/m C. x p : spsor d la capa d policarbonato qu spara ambas corrints d air (7 x 1-4 m). k p : conductividad térmica dl policarbonato (, W/m C). Los coficints convctivos h c and h f s stiman mdiant corrlacions dl númro d N u con los númros d R y P r, para lo cual s db calcular l diámtro333 hidráulico d los canals d flujo dntro dl intrcambiador. Si A f s l ára d flujo d uno d los canals, su diámtro hidráulico s dtrmina mdiant: 4Af 4 x,7 x,1 m Dh,197 m Prímtro mojado x (,7 +,1) m (1) La condición d flujo dsarrollado n ductos s alcanza cuando la longitud n la dircción dl flujo, L, s igual a 1D h. Para st intrcambiador L/D h 35,5 y por lo tanto ambos flujos srán dsarrollados. Calculando los númros d R para ambas corrints basados n l diámtro hidráulico s obtin: Corrint d air calint: R,c 8,8 (flujo laminar dsarrollado). Corrint d air frío : R,f 3.534,8 (flujo turbulnto dsarrollado). El númro d N u para flujo laminar plnamnt dsarrollado s indpndint dl R igual a 6,5 n un conducto d scción rctangular (Incropra y DWitt, 199) mintras qu l númro d N u para flujo turbulnto dsarrollado n conductos lisos (como los constituidos por l policarbonato alvolar) pud stimars mdiant: N ( f /8)( R 1) 1+ 1,7 r / 3 ( f /8) ( P ) / 1 6 (,5 < P <. y.3 < R 5 x ) P 1 1 r u < r (11) dond l factor d fricción dntro dl conducto stá dado por: (,79 ln R 1,64) f (1) Considrando un valor dl númro d P r d,7 para l air y los valors d los R calculados antriormnt, los númros d N u rsultan 6,5 para la corrint d air calint y 11,9 para la corrint fría. A partir d stos valors y d las conductividads térmicas dl air a las tmpraturas considradas para l cálculo d las dnsidads y los calors spcíficos, los coficints convctivos dl lado calint y dl lado frío rsultan 8,65 y 15,57 W/m C rspctivamnt. Rmplazando stos valors y los d la transmitancia térmica dl policarbonato n la cuación (9) s obtin un valor dl coficint global d transfrncia d calor, U, d 5,46 W/m C. Dspjando las áras d transfrncia d calor d las cuacions (8) s obtinn los siguints valors: ( mc & p) mín NUT,3 m para Cmín mzclado y Cmáx no mzclado A (13) t U 4,8 m para Cmáx mzclado y Cmín no mzclado Por lo tanto, para satisfacr las condicions d disño stablcidas para st intrcambiador, s prcisan ntr y 5 m d ára toral d transfrncia sgún cuál sa l flujo qu s lija como mzclado. La condición d flujo no mzclado corrspond a la corrint d air qu pasa por l intrior d los alvéolos dl policarbonato y, por lo tanto, s ligió para circular por llos al air frío qu tin l caudal más alto (y por nd l C máx ) a fin d mplar un ára d transfrncia total d sólo,3 m. Considrando qu l bloqu intrcambiador stá constituido por un mpaqutado d placas d policarbonato cuadradas d,7 m d lado sparadas ntr sí por una distancia d 1 mm, y qu por cada placa d policarbonato s dispon d suprficis para la transfrncia d calor, la cantidad d placas ncsaria para obtnr los,3 m d ára d transfrncia s obtin d:,3 m Np 3 placas (14) x,7 x,7 m Ahora bin, dado qu la primr placa s asinta n l fondo dl intrcambiador y sobr la última s asinta la tapa, stas dos placas no aportan 4 suprficis d transfrncia sino y por lo tanto s db agrgar una placa más d policarbonato, totalizando así 4 placas qu dtrminan un ára d transfrncia total d,5 m, valor qu satisfac lo

5 stablcido por la c. (13). El mpaqutado rsultant tin ntoncs una altura d,47 m y va colocado n l intrior d la caja aislada térmica-mnt (carcasa) cuyas dimnsions xtriors son 1,1 m d ancho, 1,1 m d largo y,57 m d alto (,69 m 3 ). Por lo tanto l intrcambiador dsarrollado n st trabajo tin una rlación α Ára d transfrncia / Volumn ocupado d 3,6 m /m 3. En la figura s obsrva l conjunto intrcambiador-carcasa durant su tapa d construcción llvada a cabo n l tallr d Física d la Facultad d Cincias Exactas d la UNSa. Bajo las condicions d disño, l calor transfrido dsd l air calint al frío s d 5 W y la tmpratura d salida dl air frío 19,9 C. Figura - Foto dl intrcambiador d policarbonato alvolar colocado dntro d la carcasa y dtall d su structura. En la figura 3 s mustran los dos vntiladors mplados para l forzado dl air dntro dl intrcambiador y cuyas potncias furon mncionadas antriormnt. El vntilador corrspondint al circuito dl air d la habitación (foto izquirda) stá fijado a la carcasa mdiant rmachs pop mintras qu l corrspondint al quipo xtrno s dsmonta para instalar n su lugar l nfriador vaporativo o l colctor solar sgún sa la época dl año n qu funcion. El vntilador qu s obsrva n la foto d la drcha fu mplado xclusivamnt para la valuación xprimntal dl intrcambiador d calor cuyos rsultados s prsntan n la siguint scción. Figura 3 - Vntiladors para l forzado dl air. Izquirda: dl circuito d la habitación. Drcha: dl quipo xtrno. 3. EVALUACION EXPERIMENTAL DEL DESEMPEÑO TERMOENERGÉTICO DEL INTERCAMBIADOR A fin d valuar l dsmpño trmonrgético dl intrcambiador s ralizó una sri d mdicions d las tmpraturas d ntrada y salida d las dos corrints d air variando la tmpratura d ntrada n l circuito calint mdiant l ncndido y apagado d rsistncias léctricas. El quipo d monitoro consistió n: Cuatro trmocuplas tipo K para mdir las tmpraturas d ntrada y salida dl intrcambiador y una para mdir la tmpratura ambint dl laboratorio dond s ralizaron las xprincias.

6 Un dataloggr ADAM modlo 418 con 8 canals análogos para mdición d tmpraturas conctado, a través dl convrsor ADAM 45, al purto sri d una computadora NOTEBOOK ncargada dl control dl monitoro y l guardado d los datos. Una punta anmométrica unidirccional marca TSI para la dtrminación d los caudals. Una pinza amprométrica marca POWER METER modlo 9W. Una funt d corrint continua d 1 V para la alimntación d los módulos ADAM 418 y 45. Trs rsistncias léctricas a cuarzo d 6 W cada una. En la figura 4 s obsrva part dl quipo d monitoro: la funt d corrint continua cuya tnsión s stabiliza mdiant la batría d 1 voltios, l dataloggr ADAM 418 con las trmocuplas instaladas y l convrsor d sñal ADAM 45 para transformar la sñal RS485 dl dataloggr a RS3 qu ingrsa a la computadora. Figura 4 - Part dl quipo d monitoro: funt d CC, batría d 1 V, dataloggr 418 y convrsor 45. En la figura 5 s mustra l ducto d ingrso dl air calint aislado térmicamnt con lana d vidrio a fin d disminuir las pérdidas d calor hacia l xtrior. Las rsistncias léctricas s ncuntran n la porción horizontal dl ducto ingrsando l air por sus dos xtrmos. En la foto d la drcha s aprcia l quipo funcionando durant l nsayo. Figura 5 Conducto d ingrso dl circuito calint (izquirda) y vista dl intrcambiador durant l nsayo (drcha). Una vz dtrminados los caudals, cuyos valors s indicaron n la scción antrior, s procdió a monitorar las tmpraturas d ntrada y salida d ambas corrints d air a intrvalos d 1 s. En la primr sri d mdidas, s ncndió una vla d cuarzo cada minutos gnrando trs scalons d tmpratura ascndnt a la ntrada dl intrcambiador dl lado calint. A partir d ntoncs, s apagó una vla a intrvalos d minutos gnrando 3 scalons d tmpratura dscndnt. En la sgunda sri, s ncndiron las trs vlas simultánamnt y dspués d minutos s furon apagando d a una para obtnr trs scalons dscndnts. Finalmnt, n la trcr sri d

7 mdidas s siguió un patrón irrgular d ncndido y apagado d las rsistncias a fin d analizar la rspusta dinámica dl quipo a las variacions d tmpratura n l circuito calint. En la figura 6 s prsntan los rsultados d las trs sris graficadas conscutivamnt. La funt fría qu simula l quipo rfrigrador fu la tmpratura ambint cuyos valors s mantuviron ntr 9 y 15 C durant las dos primras sris y ntr 13 y 19 C n la trcra. D acurdo a los datos mdidos por García t al. (8), la tmpratura d bulbo húmdo promdio diaria dl air xtrior fu d 1 C y por lo tanto s considra adcuada la tmpratura d la funt fría mplada n st nsayo. S obsrva n la figura 6 l patrón d calntaminto nsayado a la ntrada dl circuito calint cuyo máximo valor alcanzado fu d 53 C. S obsrva también qu las dos tmpraturas d salida prácticamnt coincidn durant las trs sris d mdida. El potncial d nfriaminto dl intrcambiador dsarrollado s manifista a través d la gran difrncia d tmpraturas rgistrada ntr la ntrada y la salida dl circuito calint la cual alcanzó un valor máximo d 3 C. Tmpratura ( C) Tc, Tc,s Tf, Tf,s N d Dato Figura 6 - Valors d tmpratura d ntrada y salida rgistrados durant las trs sris d mdida. Slccionando los datos corrspondints a la part final d los distintos scalons d tmpratura practicados, s graficaron los valors d la fctividad dl intrcambiador n función d la difrncia d tmpraturas a la ntrada d ambas corrints d air ya qu st factor dtrmina la máxima cantidad d nrgía transfribl n l intrcambiador sgún s stablc n la cuación (1). Los valors obtnidos s mustran n la figura 7. Efctividad, ε (Tc, - Tf,) Figura 7 - Efctividad instantána dl intrcambiador air air n función d la difrncia d tmpraturas d ntrada.

8 S obsrva n lla qu por ncima d los 1 C d difrncia d tmpraturas d ntrada, la fctividad tin un comportaminto cuasi constant con un valor mdio dl ordn dl 9 %. Considrando qu como condición d disño s fijó un valor d 13 C para sta difrncia d tmpraturas, s compruba qu con l dispositivo construido s logró alcanzar l valor d fctividad prvisto durant la tapa d disño. Para valors bajos d la difrncia d tmpraturas d ntrada s obsrva una gran fluctuación n los valors d fctividad dbido a qu tanto las tmpraturas d ntrada como las d salida son dl ordn d la tmpratura ambint y ntoncs las fluctuacions turbulntas d la corrint d mayor caudal gnra variacions alatorias n l dnominador d la cuación (1) y sto s traduc n una important disprsión d los valors d fctividad stimados. Los otros dos parámtros qu rsulta intrsant analizar n función d la difrncia d tmpraturas d ntrada mdidas son l númro d unidads d transfrncia NTU y l coficint global d transfrncia U qu s dtrminan a partir d las dfinicions dadas n las cuacions () y (8) rspctivamnt y cuyos valors s grafican n la figura NTU 4 3 U (W/m C) (Tc, - Tf,) (Tc, - Tf,) Figura 8 - Variación d los parámtros NTU y U con la difrncia d las tmpraturas d ntrada. Nuvamnt s obsrva una gran disprsión n los valors d ambos parámtros cuando la difrncia d tmpraturas d ntrada s infrior a 5 C. Mintras qu los valors d NTU s agrupan alrddor d un valor promdio d 3 para difrncias d tmpratura d ntrada supriors a 1 C, los valors dl coficint U parcn variar linalmnt con sta difrncia con una lv pndint positiva. S obsrva qu n l rango d la variabl indpndint comprndido ntr 1 y 35 C la disprsión d valors d U disminuy al aumntar la difrncia ntr las tmpraturas d ntrada d ambas corrints d air. Los valors d NTU y U stimados durant la tapa d disño para una difrncia d tmpraturas d ntrada d 13 C (,86 y 5,46 W/m C rspctivamnt) s ncuntran dntro d los valors stimados a partir d los datos mdidos y graficados n la figura 8. Dado qu tanto la fctividad como los coficints NTU y U son stimados a partir d mdicions d tmpraturas, s prciso ralizar l análisis d propagación d rrors n todas las cuacions intrvinints ((1) a (8)). El rror d aprciación d las trmocuplas s d,5 C. En la tabla s prsntan los rrors absolutos d las distintas variabls obtnidos por la técnica d propagación d rrors para los cuatro rangos d difrncia d tmpraturas d ntrada studiados. Tabla. Errors absolutos d las variabls principals obtnidos por propagación d rrors. Rango ρ c ρ f c p,c c p,f U ( C) (kg/m 3 ) (kg/m 3 C ) (J/kg C) (J/kg C) r ε NTU (W/m C) - 5 ±,3 ±,3 ± 8 ± 8 ±,3 ±,8 ± 4 ± ±, ±,4 ± 8 ± 8 ±,1 ±,15 ± 3 ± 5-5 ±, ±,3 ± 8 ± 8 ±,1 ±,8 ± ± 3, ±,1 ±,3 ± 8 ± 8 ±,1 ±,6 ± 1 ± 3 S obsrva n la tabla qu, n gnral, los rrors disminuyn al aumntar la difrncia d tmpraturas d ntrada. S obsrva también qu los valors corrspondints a las propidads dl air y l C r son pquños n términos rlativos mintras qu los rrors d la fctividad, l NTU y l U son muy grands n términos rlativos sobr todo

9 cuando la difrncia d tmpraturas d ntrada s infrior a 5 C. Los grands valors dl rror absoluto d stas trs cantidads gnran una important incrtidumbr sobr los valors graficados n la figuras 4 y 5, qudando todos llos comprndidos dntro dl rango d rrors stimados. A fin d obtnr corrlacions con valors mdios d NTU y U qu sirviran para modlizar computacionalmnt l comportaminto trmonrgético d st intrcambiador, s promdiaron los valors stimados n los 4 intrvalos d difrncia d tmpraturas d ntrada mdidos y los rsultados s prsntan n la figura 9. S obsrva n ambas gráficas qu la gran disprsión d valors stimados para difrncias d tmpratura d ntrada infrior a 5 C influy considrablmnt n las pndints d ambas curvas. Las curvas d ajust d los valors promdio d stos dos parámtros rsultan ntoncs: y NTU,456 +,3 (T c, T f, ) (15) U 5,3 +,5 (T c, T f, ) (W/m C) (16) y.3x R y.5x R.396 NTU 3.5 U (W/m C) (Tc, - Tf,) (Tc, - Tf,) Figura 9 - Curvas d ajust d valors promdios d NTU y U n función d la difrncia d tmpraturas d ntrada. Evaluando stas xprsions para una difrncia d tmpraturas d ntrada d 13 C s obtinn los valors NTU,75 y U 5,35 W/m C qu coincidn con los valors stimados durant la tapa d disño dntro d un rror dl 3,8 % y dl % rspctivamnt. 4. MODELO DE SIMULACION TERMOENERGETICA DEL INTERCAMBIADOR Dado qu l númro d unidads d transfrncia y la fctividad dl intrcambiador pudn dtrminars a partir dl ára d transfrncia A t y dl coficint U, s dsarrolló un modlo computacional para la simulación trmonrgética dl intrcambiador mplando solamnt la curva d ajust d la cuación (16) y l ára d,5 m dl dispositivo construido. Las variabls d ntrada al programa son las tmpraturas d ntrada T c, y T f, y los caudals d ambas corrints d air. Con las dos tmpraturas d ntrada s calcula l coficint global d transfrncia mdiant la cuación (16). Con st valor, l ára A t y l flujo másico mínimo s dtrmina l valor dl coficint NTU mdiant la cuación (8). La fctividad dl intrcambiador s dtrmina n función dl NTU y l C r mdiant la siguint xprsión obtnida a partir d la c. (): 1 ε 1 xp [ 1 xp ( Cr NTU )] (17) Cr La cantidad d calor transfrida Q t s obtin a partir d la cuación (1) mdiant: ( T T ) Q t ( mc p) mín c, f, ε & (18) y la tmpratura d salida d la corrint calint (tmpratura d rtorno al local acondicionado) rsulta:

10 ( T T ) T c, s Tc, c, f, ε (19) En la figura 1 s prsnta la comparación d los valors dl calor transfrido obtnido a partir d los datos mdidos (curva n color azul) y d los valors arrojados por l modlo d simulación dsarrollado (curva n color rojo). S obsrva l xclnt acurdo ntr ambas curvas, prsntando los valors simulados una mayor fluctuación instantána qu los mdidos. Esta fluctuación s originada por las variacions rráticas d la tmpratura d ntrada dl turbulnto flujo frío ya qu la fctividad stimada por l modlo s cuasi constant a un valor d,93 mintras qu la fctividad ral prsnta fluctuacions alrddor d st valor (figura 7) qu d algún modo s compnsan al aplicar la cuación (18), rsultando su gráfica una curva más suav Calor transfrido (W) N d Dato Qt mdido Qt simulado Figura 1 - Comparación ntr los valors dl calor transfrido mdidos y simulados con l modlo dsarrollado. Finalmnt, n la figura 11 s comparan los valors d tmpratura d salida dl air d la corrint calint calculada mdiant la cuación (19) para valors mdidos y simulados con l programa computacional. Nuvamnt l ajust s muy buno sindo l rror cuadrático mdio porcntual (RMSE %) dl,4 %. Tmpratura ( C) N d Dato Tc,s mdida Tc,s simulada Figura 11 - Comparación ntr valors mdidos y simulados d la tmpratura d salida d la corrint calint.

11 D sta forma s da por validado l modlo trmonrgético computacional dsarrollado y los valors d los distintos parámtros stimados durant la tapa d disño d st intrcambiador d calor air air por flujo cruzado cuya fctividad promdio s dl ordn dl 9 % para difrncias d tmpraturas d ntrada supriors a 1 C. 5. CONCLUSIONES En st trabajo s dscribió l método mplado para l disño d un intrcambiador d calor air - air d flujo cruzado qu ha d sr utilizado n combinación con un nfriador vaporativo como soport d climatización d dos quipos d air acondicionado qu actualmnt s mplan para la rfrigración d la cámara d cría dl C.E.P.A. d la Estación Exprimntal dl INTA Sumalao d Catamarca. Fijando los parámtros térmicos d disño n bas a los datos d tmpratura mdidos n la cámara d cría durant un príodo n l qu no funcionaron los quipos d air acondicionado, s dtrminó qu l ára d transfrncia ncsaria para producir un nfriaminto d 1 C n la corrint calint s d,3 m, transfiriéndos bajo stas condicions d opración unos 5 W térmicos con un coficint global d transfrncia d 5,46 W/m C. El prototipo construido pos un ára d transfrncia d,5 m distribuidos n un mpaqutado compacto compusto por 4 placas cuadradas d policarbonato alvolar d 1 mm d spsor sparadas ntr sí por soports d 1 mm d altura formando canals para flujo cruzado. Est disño prmit limitar las dimnsions d la carcasa obtniéndos un módulo d,69 m 3 d volumn qu ocupa un ára d sólo 1,1 m d la pard sobr la cual srá instalado. Su rlación d compacidad α Ára d transfrncia d calor / Volumn ocupado s d 3,6 m /m 3. El uso dl policarbonato alvolar para la construcción dl intrcambiador prsnta la vntaja d sr un matrial qu pos gran rsistncia mcánica y durabilidad a tmpraturas bajas y mdias y qu los tubos d flujo n una d las corrints s forman con los propios alvéolos sin ncsidad d rcurrir al corrugado d chapas ni mcanizacions qu ncarcn y dmoran las taras d construcción. Así, l modlo construido tin bajo mantniminto y una vida útil xtnsa mintras no s lo somta a tmpraturas supriors al límit térmico dl policarbonato alvolar. Si bin fu disñado para nfriar una corrint d air, srá utilizado también para calntarla durant l invirno conctando l intrcambiador a un quipo d calntaminto d air solar qu srá oportunamnt instalado. El monitoro térmico dl intrcambiador construido dmostró qu l disño logrado satisfac los valors sprados d fctividad térmica, coficint global d transfrncia y tmpratura d salida dl air calint qu rtorna al local a climatizar. El cálculo d los rrors d stimación dtrminó una gran amplitud d variación n los valors corrspondints a la fctividad y los parámtros NTU y U, con intrvalos d rror dcrcints a mdida qu aumnta la difrncia d tmpraturas d ntrada. El monitoro prmitió, admás, obtnr una curva d rgrsión linal dl coficint U n función d la difrncia d tmpraturas d ntrada d ambas corrints d air con la cual s dsarrolló un modlo computacional para la simulación trmonrgética dl intrcambiador cuyo rror promdio d stimación n la tmpratura d salida d la corrint calint no supra l 3 %. La cantidad d calor transfrida por st intrcambiador d calor varía ntr 4 y 1.3 W cuando la difrncia d tmpraturas d ntrada varía ntr 1 y 35 C rspctivamnt. En st rango d opración la fctividad promdio dl intrcambiador s dl 9 % con una dsviación stándar d ± 5 %. La opración d st intrcambiador n combinación con l nfriador vaporativo prmitirá disminuir las horas d funcionaminto d los quipos d air acondicionado limitando su uso a príodos d clima xtrmadamnt caluroso y disminuyndo, d sta forma, l consumo léctrico actual mplado n la rfrigración d la cámara d cría dl CEPA. Igualmnt, durant l invirno prmitirá disminuir l consumo d nrgía auxiliar ncsario para su calfacción trabajando n combinación con los colctors solars qu s disñn instaln a tal fin. Como tara a futuro, cuando l sistma complto s ncuntr funcionando podrá valuars l porcntaj d ahorro nrgético y conómico logrado con l uso d st quipaminto. REFERENCIAS García, V.; Iriart, A.; Flors, S. y Lsino, G., 8. Monitoro higrotérmico d un dificio acondicionado para propagacion agámica d plantas, Avancs n Enrgías Rnovabls y Mdio Ambint, Vol. 1,. pp Imprso n la Argntina. ISSN Incropra F. y DWitt D., 199. Fundamntals of Hat and Mass Transfr, 3 rd dition. John Wily & Sons, Nw York. Lid, D., 199. Handbook of Chmistry and Physics, 71 st d. Boston: CRC Prss. Página wb dl Srvicio Mtorológico Nacional: AIR - AIR HEAT EXCHANGER FOR THERMAL CONDITIONING OF A CHAMBER FOR AGAMIC REPRODUCTION OF PLANTS Abstract. In this papr, th dsign, construction and thrmo-nrgtic valuation of an air air hat xchangr in cross-flow to b installd in th Exprimntal Cntr and Agamic Propagation (CEPA) locatd in th EEA - INTA - Sumalao of Catamarca ar prsntd. This hat xchangr will work in combination with an vaporativ coolr in summr and air hatr solar collctors in wintr to rduc th lctricity consumption throughout th yar. It is dscribd th dsign mthod mployd to stimat a ncssary

12 transfr ara of.3 m basd on intrnal tmpratur data obtaind in 8 and shows th valus masurd during th tst of hat xchangr with which dtrmind th avrag ffctivnss (9%), th ovrall hat transfr cofficint U and th numbr of transfr units, NTU. Finally, a simulation modl validatd with masurd data is prsntd. Kywords: hat xchangr, thrmal conditioning, monitoring.

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