Sistema diurno de refrigeración pasiva por radiación

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José María Vargas Cárdenas
hace 7 años
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1 Sistema diurno de refrigeración pasiva por radiación I. INTRODUCCIÓN Trabajo previo de referencia II. PRINCIPIOS FÍSICOS Balance energético - Radiación entre dos cuerpos III. GEOMETRÍA DEL REFLECTOR Proceso geométrico El modelo final Comprobaciones IV. ANÁLISIS DE MATERIALES Materiales Transparentes al IR o que Reflejan el IR V. CONSTRUCCIÓN E INSTALACIÓN El emplazamiento y el prototipo VI. INSTALACIÓN Y ANÁLISIS POR FASES Periodo de referencia Fase 1 Fase 2 Fase 3 VII. CONCLUSIONES Conclusiones Isabel Crespo y Antoni Isalgué Aleix Borrell Fernández 01

2 I. INTRODUCCIÓN Trabajo previo de referencia Diseño de sistema de refrigeración planteado par Rafael Serra y Antoni Isalgé implantado en una cubierta inclinada. Sistema diseñado para su integración en cubiertas inclinadas. Modelo experimental con el que consiguieron un descenso de 2º en la temperatura interior respecto a la exterior. OBJETIVO: - Diseño de un elemento integrable en cubiertas planas, con un mayor aprovechamiento de la radiación hacia la bóveda celeste. - Diseñado para una latitud entorno a los 41º. - El sistema debe abarcar la mayor cantidad de cielo despejado para conseguir la máxima capacidad de enfriamiento - Utilización de materiales disponibles en la industria actual. Isabel Crespo y Antoni Isalgué Aleix Borrell Fernández 02

II. PRINCIPIOS FÍSICOS Balance energético - Radiación entre dos cuerpos FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA La temperatura interior depende del balance entre los distintos flujos energéticos: Q E Energía

3 II. PRINCIPIOS FÍSICOS Balance energético - Radiación entre dos cuerpos FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA La temperatura interior depende del balance entre los distintos flujos energéticos: Q E Energía emitida por la placa Q e Energía aportada por convección des del exterior Q i Energía aportada por convección des del interior Q T Energía aportada por transmisión Q s Energía aportada por la radiación solar Ley de Stefan Boltzmann: P=ε σ T 4 Donde: P (W/m 2 ) es la potencia emisiva superficial ε es emisividad, valor a dimensional entre 0-1 σ es la constante de 5,67x10-8 Wm -2 T -4 T es la temperatura en grados Kelvin Isabel Crespo y Antoni Isalgué Aleix Borrell Fernández 03

4 III. GEOMETRÍA DEL REFLECTOR Proceso geométrico ESPACIO DE CIELO ÚTIL GEOMETRIA DEL REFLECTOR FACETACIÓN Y AGREGACIÓN Isabel Crespo y Antoni Isalgué Aleix Borrell Fernández 04

5 III. GEOMETRÍA DEL REFLECTOR El modelo final Modelo final Después del análisis geométrico obtenemos un modelo fácilmente repetible, con los puntos singulares previstos, con una superficie efectiva de 1/6 respecto a la superficie ocupada. Resultados geométricos para el diseño del elemento final. Los rayos solares incidentes son alejados de la superficie emisora. Isabel Crespo y Antoni Isalgué Aleix Borrell Fernández 05

6 III. GEOMETRÍA DEL REFLECTOR Comprobaciones Proyección estereográfica de las obstrucciones internas del reflector Radiación incidente en colores falsos para el día 21 de Junio Proyección de las sombras hora a hora Isabel Crespo y Antoni Isalgué Aleix Borrell Fernández 06

IV. ANÁLISIS DE MATERIALES Materiales Transparentes al IR o que Reflejan el IR material descripción B01 bolsa de basura industrial, plástico negro y grueso -20,2 ºC 11,3 ºC 31,5 ºC B02 bolsa de

7 IV. ANÁLISIS DE MATERIALES Materiales Transparentes al IR o que Reflejan el IR material descripción B01 bolsa de basura industrial, plástico negro y grueso -20,2 ºC 11,3 ºC 31,5 ºC B02 bolsa de basura doméstica, plástico negro y delgado -20,2 ºC -6,1 ºC 14,1 ºC B03 bolsa de basura doméstica, plástico azul y delgado -20,4 ºC -9,2 ºC 11,2 ºC B04 plástico alimentario, blanco y delgado -20,1 ºC 4,2 ºC 24,3 ºC B05 plástico alimentario, transparente y grueso -20,1 ºC 15,6 ºC 35,7 ºC B06 plástico alimentario, tranparente y delgado -19,9 ºC 3,3 ºC 23,2 ºC B07 plástico alimentario, transparente y semigrueso -20,0 ºC 6,1 ºC 26,1 ºC B08 plástico retráctil, transparente y delgado -20,1 ºC -0,5 ºC 19,6 ºC B09 bolsa de plástico mate, semitransparente y delgado -20,2 ºC -14,4 ºC 5,8 ºC B10 film transparente alimentario -20,2 ºC -15,1 ºC 5,1 ºC B09+B10 superposición de dos elementos -20,2 ºC -9,8 ºC 10,4 ºC material descripción temperatura directa cielo temperatura directa cielo temperatura con filtro temperatura con filtro reducción reducción R01 papel de aluminio convencional -22,6 ºC -19,7 ºC 2,9 ºC R02 bandeja de aluminio alimentaria -22,6 ºC -19,3 ºC 3,3 ºC R03 manta térmica, cara plateada -22,6 ºC -19,8 ºC 2,8 ºC R04 manta térmica, cara dorada -22,6 ºC 12,1 ºC 34,7 ºC Isabel Crespo y Antoni Isalgué Aleix Borrell Fernández 07

Vista exterior de la implantación en la cubierta Panorámica de las

8 V. CONSTRUCCIÓN E INSTALACIÓN El emplazamiento y el prototipo BAIX PENEDÈS Llorenç del Penedès Latitud 41º17 00 N Longitud 1º33 00 E Elevación 160 m Vista exterior de la implantación en la cubierta Panorámica de las obstrucciones del entorno Isabel Crespo y Antoni Isalgué Aleix Borrell Fernández 08

VI. INSTALACIÓN Y ANÁLISIS POR FASES Periodo de referencia PERIODO DE REFERENCIA Cuatro días consecutivos con datos de: Temperatura y humedad de 2 sondas exteriores Temperatura, humedad y datos de

9 VI. INSTALACIÓN Y ANÁLISIS POR FASES Periodo de referencia PERIODO DE REFERENCIA Cuatro días consecutivos con datos de: Temperatura y humedad de 2 sondas exteriores Temperatura, humedad y datos de radiación de la estación meteorológica. Fase 1 Fase 2 Sonda pirgeómetro y obtención de datos Fase 3 Imagen sondas de temperatura y humedad Isabel Crespo y Antoni Isalgué Aleix Borrell Fernández 09

VI. INSTALACIÓN Y ANÁLISIS POR FASES Fase 1 Sondas de temperatura y humedad TEMPERATURA SENSOR RADIACIÓN EMITIDA Cuando aumenta la temperatura del sensor, también aumenta la lectura de radiación

10 VI. INSTALACIÓN Y ANÁLISIS POR FASES Fase 1 Sondas de temperatura y humedad TEMPERATURA SENSOR RADIACIÓN EMITIDA Cuando aumenta la temperatura del sensor, también aumenta la lectura de radiación emitida por el pirgeómetro. Instalación exterior RADIACIÓN EMITIDA - HUMEDAD Influencia de la humedad ambiental en el potencial de radiación hacia la bobeda celeste. A una mayor humedad, disminuye la capacidad de radiación hacia la bobeda celeste. Sensor pirgeómetro Isabel Crespo y Antoni Isalgué Aleix Borrell Fernández 10

VI. INSTALACIÓN Y ANÁLISIS POR FASES Fase 2 Bastidor del pirgeómetro en el interior del modelo TEMPERATURAS Y RADIACIÓN FASES 1 Y 2 Comparando los datos de temperatura de la sonda y la radiación

11 VI. INSTALACIÓN Y ANÁLISIS POR FASES Fase 2 Bastidor del pirgeómetro en el interior del modelo TEMPERATURAS Y RADIACIÓN FASES 1 Y 2 Comparando los datos de temperatura de la sonda y la radiación emitida, vemos que la fase 2 con el modelo de cubierta, aumenta el rendimiento en unos W/m 2. Modelo completo con el pirgeómetro integrado Modelo instalado en el exterior Isabel Crespo y Antoni Isalgué Aleix Borrell Fernández 11

12 VI. INSTALACIÓN Y ANÁLISIS POR FASES Fase 3 Sondas de temperatura y humedad en el interior Conjunto para la instalación exterior TEMPERATURAS INTERIOR EXTERIOR Durante gran parte del periodo nocturno, la temperatura interior se mantiene 2ºC por debajo de la exterior. Durante el periodo diurno, la temperatura aumenta debido a una serie de factores que no se habían previsto. En una verificación posterior se ha visto que el aumento de temperatura es debido a: -Radiación solar difusa perdida rendimiento placa emisora -Aumento de la temperatura de los paramentos exteriores debido de la incidencia de la radiación solar. Conjunto exterior Isabel Crespo y Antoni Isalgué Aleix Borrell Fernández 12

13 VII. CONCLUSIONES Conclusiones CONCLUSIONES El desarrollo de un sistema de refrigeración pasiva por radiación es posible. Se deben considerar una serie de factores muy determinantes y con una fuerte influencia en el resultado. Los rendimientos obtenidos serán muy bajos, por lo que se verá limitada su posible utilización. Cualquier pequeño error de construcción o cálculo puede representar un fracaso del sistema Isabel Crespo y Antoni Isalgué Aleix Borrell Fernández 13

14 GRÁCIAS A TODOS. Isabel Crespo y Antoni Isalgué Aleix Borrell Fernández 14

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