2022-2_G02_Equipo # 5_Presentación

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Universidad del Estado de Sonora
Departamento de Ingeniería Química y Metalurgia
15 de septiembre del 2022
ENFRIAMIENTO EVAPORATIVO PASIVO DE TIRO DESCENDENTE:
MODELADO TÉRMICO DE UN EDIFICIO DE OFICINAS
Integrantes:
Celaya Chaira Johanna
De Los Reyes Coronado Alejandra
Operaciones Unitarias II
Semestre 2022-2
Docente:
Marco Antonio Núñez Esquer

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Enfriamiento evaporativo pasivo por tiro
descendente: modelado térmico de un edificio
de oficinas
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Autores: D. Robinsona, K.J. Lomasb, M.J. Cookb, H. Eppelb.
a BDSP Partnership, London, UK
b Institute of Energy and Sustainable Development, De Montfort
University, Leicester, UK
Revista: Indoor Built Environment
Volumen: 96
Número: 13
Año: 2004
Páginas: 205-221

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Índice
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I. Introducción………………………………………………... 4
II. Objetivos del modelado térmico…………………………. 6
III. Metodología…………………………………………………8
III.I. Características del edificio estudiado………………. 9
III.II. Posibles modos de funcionamiento…………………10
III.III. Modelos de simulación………………………………11
III.IV Método I: Posprocesamiento………………………..12
III.V. Método II: Calor y flujo másico acoplados…………15
IV. Resultados…………………………………………………..18
V. Discusión y conclusiones………………………………....21
V.I. Ventajas y desventajas del método I………………..22
V.II. Ventajas y desventajas del método II………………23
V.III. Conclusiones sobre el método PDEC……………..24

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Introducción
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Introducción
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Para reducir el consumo de energía en climas cálidos y secos, es deseable investigar medios
alternativos para enfriar espacios en edificios no domésticos. El enfriamiento evaporativo pasivo
de tiro descendente (PDEC) es uno de esos enfoques.
 Debe considerarse un complemento de las
técnicas convencionales de enfriamiento natural.
 Para cumplir con condiciones extremas, es
posible que se necesite refrigeración mecánica.
Puntos importantes sobre el PDEC

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Objetivos del
modelado térmico
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Objetivo del modelado térmico en sistemas PDEC
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 Calcular el rendimiento térmico de los edificios PDEC.
 Predecir el probable confort térmico de los ocupantes.
 Predecir las emisiones de dióxido de carbono (CO2).
 Obtener el uso de agua de los sistemas PDEC.
 Desempeñar estrategias alternativas de control del flujo de aire.

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Metodología
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Figura 1. Sección de Sur (izquierda) a Norte (derecha) del
hipotético edificio PDEC
 Edificio de 5 pisos.
 Las zonas de captura se ubican al
centro.
 El aire fluye de las zonas de captura
hacia las oficinas abiertas y oficinas
celulares.
Características del edificio
estudiado

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Posibles modos de funcionamiento
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Ventilación y
enfriamiento mecánico.
Ventilación natural y
enfriamiento nocturno.
Ventilación natural,
enfriamiento nocturno y
enfriamiento mecánico.
Ventilación natural,
enfriamiento nocturno y
PDEC.
Ventilación natural,
enfriamiento nocturno,
PDEC y enfriamiento
mecánico.
Modo A Modo B Modo C
Modo D Modo E

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Donde:
td = Depresión de la temperatura de bulbo húmedo t’ = Temperatura de bulbo húmedo
t = Temperatura de bulbo seco del aire ambiente
Modelos de simulación
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Estado del aire objetivo:
Donde:
Vw = Volumen de agua ρw = Densidad del agua
Va = Volumen de aire g’-g = Diferencia del contenido de humedad en dos puntos
ρa = Densidad del aire
Volumen de agua requerido para reducir la temperatura de un volumen de aire al 70 % de la td
 La tasa de entrega de agua (vm) es citada por los fabricantes de micronizadores.

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Método I. Posprocesamiento
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Consiste en:
• Realizar simulaciones para nivel de ocupación, diseño del edificio y ubicación climática.
• Modelar el PDEC a 1, 5, 10, 15 y 20 ach-1.
• Almacenar parámetros.
Objetivo:
• Explorar estimaciones del potencial de ahorro de energía de PDEC.
• Calcular la temperatura interna, tasas de flujo de aire, uso de agua, consumo
de energía y horas de sobrecalentamiento.

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Esquema de método
Figura 2. Geometría del modelo de posprocesamiento PDEC.
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Construcción:
• Pared exterior de hormigón
• Revestimiento exterior
• Ventanas con doble
acristalamiento
• Muros acristalados
• Transmisión solar y conducción
térmica perfecta
• Condiciones adiabáticas.
27 W*m2
radiante/convectiva

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MÉTODO DE COMPARACIÓN
• Modo A
• Modo D
• Modo E
MÉTODO SIN PDEC
• Ventilación natural (día) 11 ach-1
• Refrigeración nocturna (12-4) 1 ach-1 + infiltración de día
• Refrigeración nocturna(23-7) + infiltración de día

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Método II. Calor y flujo másico acoplados
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Consiste en:
• Calcular temperatura de bulbo seco en cada paso.
• Mapear el dominio de flujo másico en el dominio de flujo de calor.
• Vincular dos nodos, donde solamente uno está activo.
Objetivo:
• Lograr que converjan los dominios térmicos y de flujo másico.
• Examinar implicaciones de rendimiento de los controles
• Identificar los tamaños de apertura óptima.

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Esquema de método
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Figura 3. Vista despiezada de la red de flujo másico
superpuesta a la descripción del modelo térmico del
edificio con los tamaños de apertura del caso base.
• La geometría del modelo cambia.
• Atrio alternativo: dos conexiones
controladas (PDEC y aire fresco).
• ESP-r lee la temperatura de bulbo
seco, para seleccionar el flujo.
• Para to > 22°C se suministra 1.0 ach-1.
• Para ti > 26°C se suministra aire
abriendo entradas y micronizadores.

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Variantes de diseño
• Aberturas más pequeñas (aberturas balanceadas).
• Efectos de reducir los coeficientes de descarga (0.65-0.15).
• Implicaciones del rendimiento de la falta de control del flujo.
• La simulación indica horas de funcionamiento mecánico.
• El posprocesamiento calcula el uso de agua PDEC y número de micronizadores.

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Resultados
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Resultados
• Se presentaron temperaturas secas
en la zona centro (26°C) durante
200 horas.
• Hubo sobrecalentamiento desde
junio a septiembre.
• Se presentó sobrecalentamiento de
más de 8 horas laborales.
MÉTODO I
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Tabla 1. Comparación de los cálculos de consumo de energía
primaria, CO2 y agua de todo el edificio
1261 = Punto de ajuste de enfriamiento 26 °C, bajas ganancias internas de calor;
226h = Punto de ajuste de enfriamiento 26 °C, altas ganancias internas de calor;
3241 = Punto de ajuste de enfriamiento 24 °C, bajas ganancias internas de calor.

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• Mantuvo la temperatura en 26 °C
sin refrigeración mecánica.
• Se necesitó de control de tamaño
de abertura.
• Debido a que la temperatura
llegaba a la ideal, cesaba el
enfriamiento nocturno.
• Se sobrecalentó menos y se
consumió menor energía y agua.
MÉTODO II
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Tabla 2. Resumen de resultados de los casos modelados (solo se
consideran las horas ocupadas)
a = modelo de referencia; b= tamaños de abertura equilibrados; c = coeficientes de descarga reducidos;
d = sin control de flujo; # horas excediendo 28 °C.

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Discusión y
conclusiones
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Discusión y conclusiones
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Método I: Prosprocesamiento
• Es simple de realizar.
• Puede ser utilizado por una amplia gama de
programas de simulación.
• Proporciona el rendimiento de un sistema
idealmente diseñado.
• La historia térmica de los espacios no se
modela correctamente.
• El método presupone que las tasas de flujo de
aire elegidas, se realizarán en la práctica.
• No funciona con problemas de diseño
detallados.
Ventajas Desventajas

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Discusión y conclusiones
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Método II: Calor y flujo másico acoplado
• Proporciona una idea de los flujos de aire
reales.
• Contempla efectos del viento y de las fuerzas
de flotabilidad.
• La creación del modelo lleva mucho tiempo.
• Los archivos de resultados son grandes
• Los tiempos de simulación son largos.
Ventajas Desventajas

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Conclusiones sobre el método PDEC
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 Es poco probable que un PDEC sea viable sin algún tipo de apoyo mecánico
en Sevilla.
 Las reducciones de CO2 y los ahorros de energía, en comparación con un
edificio con aire acondicionado convencional, son sustanciales
 Se pronosticaron ahorros entre el 50 y el 83 %, según la ocupación y el punto
de referencia al utilizar un PDEC.

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¡Gracias por su
atención!
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