Modelación computacional de un captador de rocío plano. Carlos Balocchi C. Manuel Hevia S.

Transcripción

1 Modelación computacional de un captador de rocío plano Carlos Balocchi C. Manuel Hevia S.

2 MODELACIÓN COMPUTACIONAL DE UN CAPTADOR DE ROCÍO PLANO Primera edición Enero, 2012 Lima - Perú Carlos Balocchi C. & Manuel Hevia S. PROYECTO LIBRO DIGITAL PLD 0507 Editor: Víctor López Guzmán guzlopster@gmail.com guzlopnano@gmail.com facebook.com/guzlopster twitter.com/guzlopster Lima - Perú

3 PROYECTO LIBRO DIGITAL (PLD) El proyecto libro digital propone que los apuntes de clases, las tesis y los avances en investigación (papers) de las profesoras y profesores de las universidades peruanas sean convertidos en libro digital y difundidos por internet en forma gratuita a través de nuestra página web. Los recursos económicos disponibles para este proyecto provienen de las utilidades nuestras por los trabajos de edición y publicación a terceros, por lo tanto, son limitados. Un libro digital, también conocido como e-book, ebook, ecolibro o libro electrónico, es una versión electrónica de la digitalización y diagramación de un libro que originariamente es editado para ser impreso en papel y que puede encontrarse en internet o en CD-ROM. Por, lo tanto, no reemplaza al libro impreso. Entre las ventajas del libro digital se tienen: su accesibilidad (se puede leer en cualquier parte que tenga electricidad), su difusión globalizada (mediante internet nos da una gran independencia geográfica), su incorporación a la carrera tecnológica y la posibilidad de disminuir la brecha digital (inseparable de la competición por la influencia cultural), su aprovechamiento a los cambios de hábitos de los estudiantes asociados al internet y a las redes sociales (siendo la oportunidad de difundir, de una forma diferente, el conocimiento), su realización permitirá disminuir o anular la percepción de nuestras élites políticas frente a la supuesta incompetencia de nuestras profesoras y profesores de producir libros, ponencias y trabajos de investigación de alta calidad en los contenidos, y, que su existencia no está circunscrita solo a las letras. Algunos objetivos que esperamos alcanzar: Que el estudiante, como usuario final, tenga el curso que está llevando desarrollado como un libro (con todas las características de un libro impreso) en formato digital. Que las profesoras y profesores actualicen la información dada a los estudiantes, mejorando sus contenidos, aplicaciones y ejemplos; pudiendo evaluar sus aportes y coherencia en los cursos que dicta. Que las profesoras y profesores, y estudiantes logren una familiaridad con el uso de estas nuevas tecnologías. El libro digital bien elaborado, permitirá dar un buen nivel de conocimientos a las alumnas y alumnos de las universidades nacionales y, especialmente, a los del interior del país donde la calidad de la educación actualmente es muy deficiente tanto por la infraestructura física como por el personal docente. El per sonal docente jugará un rol de tutor, facilitador y conductor de proyectos

4 de investigación de las alumnas y alumnos tomando como base el libro digital y las direcciones electrónicas recomendadas. Que este proyecto ayude a las universidades nacionales en las acreditaciones internacionales y mejorar la sustentación de sus presupuestos anuales en el Congreso. En el aspecto legal: Las autoras o autores ceden sus derechos para esta edición digital, sin perder su autoría, permitiendo que su obra sea puesta en internet como descarga gratuita. Las autoras o autores pueden hacer nuevas ediciones basadas o no en esta versión digital. Lima - Perú, enero del 2011 El conocimiento es útil solo si se difunde y aplica Víctor López Guzmán Editor

5 X Simposio Peruano de Energía Solar MODELACIÓN COMPUTACIONAL DE UN CAPTADOR DE ROCIO PLANO Carlos Balocchi C 1, 2., Manuel Hevia S. 2 1: Departamento de Física Universidad de Santiago cbalocch@lauca.usach.cl 2:Departamento de Física Universidad Tecnológica Metropolitana mhevia@utem.cl RESUMEN Se presenta un modelo computacional que utiliza variables meteorológicas, tales como temperatura ambiente, humedad relativa y presión atmosférica, como también parámetros característicos de superficies tal como emisividad superficial, entre otras. El modelo permite estimar la cantidad de agua de rocío captada por un condensador de rocío plano en la ciudad de Santiago de Chile, ubicada en un valle aluvial en el centro del país a aproximadamente 500 msnm. 1 INTRODUCCION 2 MODELO [ 2 ]. Se denomina rocío al meteoro acuoso consistente en pequeñas gotas de agua que se depositan durante la noche sobre superficies expuestas al aire libre, por condensación del vapor atmosférico, cuando las condiciones ambientales son las adecuadas. En general para que se produzca el fenómeno deben presentarse noches frías y despejadas. Las variables atmosféricas que intervienen en el proceso de condensación de rocío son : la humedad relativa ambiente, que determina la capacidad de vapor de agua presente en la atmósfera, la temperatura del aire y la temperatura de la superficie condensante que afectan la tasa de producción de agua condensada y la nubosidad presente que afecta el intercambio de calor radiativo con el cielo. [ 1 ]. En este trabajo se presenta una modelación computacional para evaluar la producción de agua condensada sobre un condensador de rocío plano cuyas variables de entrada son precisamente la humedad relativa, la temperatura ambiente, la velocidad del aire y la nubosidad. El diseño de un condensador de rocío óptimo debe tener en cuenta variados aspectos. La formación del rocío se produce por condensación del vapor de agua sobre cualquier objeto que esté más frío que el punto de rocío del aire, el cual depende tanto de la temperatura ambiente como de la humedad. Al condensarse el vapor de agua, libera lo que se denomina calor de condensación que corresponde al cambio de fase, el cual se transmite por conducción a la placa condensadora. La placa debe mantenerse bajo la temperatura del punto de rocío para que no se detenga el proceso de condensación; el condensador mantiene baja su temperatura intercambiando energía mediante radiación de longitud de onda larga (radiación térmica). También es conveniente que el condensador tenga una baja capacidad térmica, maximizando de esta forma la emisión de calor por radiación. Sobre la base de estas consideraciones, se ha establecido un prototipo de colector, consistente en una placa aluminio de 0.1 mm de espesor y de 1 m 2 de área expuesta al cielo nocturno, separada aproximadamente 1 metro del suelo.

6 X Simposio Peruano de Energía Solar 3 ECUACIONES BASICAS Las relaciones que dan cuenta de los intercambios de energía más significativos pueden ser expresados como, [3,4] dt (1) dt ( M cc + m ca ) = Qr + Qh + Ql Q 4 4 ( T ) = σ ε (2) r T s energías de intercambio por radiación, convección y condensación, se evalúan cada intervalo. También se han utilizado correlaciones [ 5 ] para obtener las temperaturas de punto de rocío, presiones de vapor parciales y presiones de saturación del vapor de agua. Las variables de entrada, Humedad Relativa (HR) y Temperatura Ambiente (TA) se han interpolado de los datos disponibles creando una matriz de datos de entrada, la cual es utilizada por el programa. 5 RESULTADOS Q h c h = h c ( T Ta = v ) (3) (4) Los principales términos en las ecuaciones son: T,T s, T a : temperatura del colector, cielo y ambiente (C o ) M, m :masa del colector y del agua recolectada (Kg.) C c, C a : calores específicos del colector y agua (J/Kg) Q r, Q h, Q l : energías transferidas por radiación, convección y condensación (W/m 2 ) 4 RESOLUCION DE LAS ECUACIONES En la figura 1 se observa parte de uno de los prototipos de colector de rocío situado en la localidad de Maipú en el sector Sur-Poniente de la ciudad de Santiago de Chile. En la figura 1 se aprecia una vista parcial de rocío captado a las 7:00 horas En la figura 2 se presentan los resultados de la evolución temporal de la temperatura ambiente y de colector para una simulación de 10 horas con condiciones típicas temperatura (C) evolucion temporal temperatura t ambiente t colector 5 El sistema de ecuaciones 1,..,4, se resuelve numéricamente, utilizando el parámetro tiempo con un intervalo t = 60 (s). La ecuación diferencial de primer orden nos permite avanzar en la solución despejando T(n+1) en función de los valores anteriores. Las restantes expresiones para las tiempo (minutos) Figura 2: Evolución temporal de temperatura de colector

7 X Simposio Peruano de Energía Solar condensado (Litros) En la figura 3 se presenta la evolución temporal del condensado de rocío 0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0 Figura 3: Evolución temporal del condensado 6 CONCLUSIONES evolucion condensado tiempo (minutos) Se ha modelado el comportamiento de un colector de rocío plano, cuyos parámetros característicos corresponden a un prototipo que está siendo sometido a ensayos. La modelación computacional, ha permitido obtener la evolución temporal de las variables que determinan los flujos de energía, tales como la temperatura del colector, temperatura de rocío y producción de agua atmosférica durante un período de 10 horas. Los valores encontrados en simulaciones son del orden de 0.06 litros/m 2, son comparables a los obtenidos en los ensayos realizados en la zona central Chile, con valores promedios de 0.05 Litros/m 2, en el mes de Junio. Las proyecciones de este trabajo incluyen una modelación más fina, mejorando los coeficientes de transferencia de masa en el proceso de condensación y el diseño y construcción de colectores de rocío mejorados respecto al prototipo. 7 REFERENCIAS 1 Obtención de agua atmosférica mediante pozos de rocío, C. Balocchi, Manuel Hevia S., XII Encuentro de Física Regional Norte, La Serena, Octubre Evolución temporal de gotas de rocío captadas mediante un condensador,m. Hevia S., C. Balocchi C., XIII Encuentro de Física Regional Norte, Arica,...Octubre Destilador regenerativo modelo computacional,,carlos Balocchi, R. Bermúdez,, XI Encuentro de Física Regional Norte, Antofagasta, Octubre A Computer Model for Assesing Dew/Frost Surface Deposition, Vadim Nikolayev, Daniel Beysens, Report, Equipe du Supercritique pour lënvironnment, Les Matériaux et Léspace SBT,CEA, Grenoble 5 Tablas Psicométricas, M. Franklin, R. Salazar, Unidad de Agroclimatología, CENIAP-FONAIAP.

8