2022-2_G02_Equipo # 7_Presentación

1. Universidad de Sonora
Departamento de Ingeniería Química y Metalurgia
“Integración de técnica de enfriamiento evaporativo con chimenea
solar para mejorar el ambiente térmico interior en la ciudad de Nueva
Asiut, Egipto.”
Gómez SilvaAna Rebeca
Gónzales Estrada Hector Ulises
Operaciones Unitarias ll
2022-2
Profesor: MarcoAntonio Nuñez Esquer
22 Sept 2022

2. “Integración de técnica de enfriamiento
evaporativo con chimenea solar para mejorar
el ambiente térmico interior en la ciudad de
Nueva Asiut, Egipto.”
■ Amr Sayed Hassan Absallah (Egipto), HiroshiYoshino (Japón),
TomonobuGoto (Japón), Napoleon Enteria (Japón), Magdy M Radwan
(Egipto) y M Abdelsamei Eid (Egipto).
■ International Journal of Energy and Environment Engineering 2013, (4),
4:45

3. Índice
1. Antecedentes
2. Estudio teórico de la evaporación directa en el medio húmedo
3. Descripción del sistema
4. Métodos
5. Resultados y discusión
6. Conclusiones

4. Antecedentes
■ Reducir consumo energético
■ Enfrimiento evaporativo con chimenea solar inclinada
■ Bahadori introdujo torre de viento a través de medio húmedo
■ Maerefet y Haghighi usaron chimenea solar
■ Alemu et desarrollo sistema integrado incorporando flujos de aire pasivo en un
sistema de ventilación multi zona
■ Modelo matemático usando software COMIS-TRYNSYS

5. Estudio teórico de la evaporación directa
en medio húmedo
■ Enfriador evaporativo
■ Temperatura menor alcanzada=Temperatura bulbo húmedo
■ Proceso adiabático

6. Descripción
del sistema
■ Dimensiones: 4m x 4m
3.125 m
■ Altura torre enfriamiento
1m
■ Largo chimenea: 2m,
inclinación: 50°
■ Válvula concéntrica
Figura 1. Diagrama de sistema de refrencia y nuevo modelo de chimenea
solar con enfriador evaporativo

7. ■ Orientación de torre
hacia el norte
■ Sistema monitoreado
en estado estacionario
■ 5 días mes de junio

8. Métodos
■ Modelo desarrollado con chimenea solar y una pequeña torre de refrigeración por evaporación.
■ Experimentación tardada y costosa.
■ Modelo numérico en COMIS-TRNSYS con componente 506d-TESS (validado Specialists, LLC
(Madison,WI, EUA))
■ Modificado en 2004.
■ El modelo actual incluye un componente especial de flujo de aire que necesita predicción
simultánea de temperatura y caudal de aire
■ Modelo ventilación multizona.
■ Requieren amplia información sobre características de flujo y distribuciones de presión.
■ El solver actualiza las densidades de zona a medida que actualiza presiones de zona.

9. Cálculo de la presión y flujo másico a
través de las entradas.
Se determina:
■ Ubicación de la apertura.
■ Parámetros ambientales internos y externos (velocidad del aire, coeficiente de presión,
temperaturas exteriores)
Torre de viento
■ la apertura se orienta hacia el viento favorable.
■ El diseño compacto de 1 metro de alto, 0.7m de ancho y 1 metro de largo.
Depende de:
■ Radiación solar
■ Chimenea solar que succiona el aire de la habitación e incrementa el flujo de aire dentro de la
habitación.
La tasa de ventilación dentro del sistema se calculó acorde a 6 variables (P2,P3,P4,P5, P6 y P7).

10. ■ Se presentan las ecuaciones 1-6 utilizadas para el calculo de las presiones en el sistema:
𝑃2 = −𝜌𝑔ℎ2 + 0.5𝜌1𝐶𝑝𝑛𝑜𝑟𝑡ℎ𝑣2
−
𝜌2
2
𝑄
𝛼1𝐴1
2
𝑒𝑐. 1
𝑃3 = 𝑃2 − ζ𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑜 + ζ𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜 + ζ𝑓𝑟𝑖𝑐𝑐𝑖ó𝑛𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜
𝜌3
2
𝑣𝐴
2
+ 𝜌𝐴𝑔ℎ𝑟 𝑒𝑐. 2
𝑃4 = 𝑃3 − 𝜌3 𝑔𝑅𝑟 𝑒𝑐. 3
𝑃5 = 𝑃4 − 𝜌4 𝑔𝑅𝑟 𝑒𝑐. 4
𝑃6 = 𝑃5 − ζ𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎𝑐ℎ𝑖𝑚𝑒𝑛𝑒𝑎 + ζ𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎𝑐ℎ𝑖𝑚𝑒𝑛𝑒𝑎 + ζ𝑓𝑟𝑖𝑐𝑐𝑖ó𝑛𝑐ℎ𝑖𝑚𝑒𝑛𝑒𝑎
𝜌𝐵
2
𝑣𝐵
2
+ 𝜌𝐵𝑔 𝐿𝐶𝑜𝑠 𝜃 𝑒𝑐. 5
𝑃7 = 𝑃6 −
𝜌6
2
𝑄
𝛼6𝐴6
2
𝑒𝑐. 6
Donde
𝑃7 = − 𝜌𝑔(𝑅𝑟𝐿𝐶𝑜𝑠 𝜃 + 0.5𝜌1𝐶𝑝𝑠𝑢𝑟𝑣2

11. Predicción de la temperatura en la
chimenea solar
■ Ecuaciones para el balance de energía de la red térmica:
𝑇𝑔(𝑐𝑢𝑏𝑖𝑒𝑟𝑡𝑎 𝑐𝑟𝑖𝑠𝑡𝑎𝑙): 𝑆𝑔 + ℎ𝑟𝑤𝑔 𝑇𝑤 − 𝑇𝑔 + ℎ𝑔 𝑇𝑓 − 𝑇𝑔 = 𝑈𝑔 𝑇𝑔 − 𝑇𝑎 𝑒𝑐. 7
𝑇𝑓(𝑎𝑖𝑟𝑒): ℎ𝑤 𝑇𝑤 − 𝑇𝑓 = ℎ𝑔 𝑇𝑓 − 𝑇𝑔 + 𝑞′′ 𝑒𝑐. 8
𝑇𝑤(𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟𝑏𝑒𝑑𝑜𝑟): 𝑆𝑤 = ℎ𝑤 𝑇𝑤 − 𝑇𝑓 + ℎ𝑟𝑤𝑔 𝑇𝑤 − 𝑇𝑔 + 𝑈𝑤 𝑇𝑤 − 𝑇𝑎 𝑒𝑐. 9
Balance de energía en la corriente de aire a través de la chimenea
𝑞𝑊𝐿′′
= 𝑚𝐶𝑓 𝑇𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎𝑎𝑖𝑟𝑒 − 𝑇𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑒𝑐. 10
El coeficiente de transferencia de calor del cristal hacia el aire atmosférico:
𝑈𝑔 = ℎ𝑟𝑠 + ℎ𝑣𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜
El coeficiente de transferencia de calor por radiación entre el cristal y el cielo:
ℎ𝑟𝑤𝑔 =
𝜎(𝑇𝑔 + 𝑇𝑤)(𝑇𝑔
2
+ 𝑇𝑤
2
)
1
𝜀𝑔
+
1
𝜀𝑤 − 1

12. Predicción de la temperatura en la
chimenea solar
■ El coeficiente de transferencia de calor entre el absorbedor y el aire exterior:
𝑈𝑤 =
1
1
ℎ𝑤
+
Δ𝑤𝑖𝑛𝑠𝑢𝑙𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛
𝑘𝑖𝑛𝑠𝑢𝑙𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛
El coeficiente de transferencia de calor por convección entre el aire y placa absorbente o vidrio
ℎ𝑤.𝑥 =
𝑁𝑢𝑎𝑖𝑟𝑒.𝑥𝑘𝑎𝑖𝑟𝑒
𝑑𝑎𝑝𝑒𝑟𝑡𝑢𝑟𝑎𝑐ℎ𝑖𝑚𝑒𝑛𝑒𝑎
■ La correlación del número de Nusselt para un calor constante flujo en un lado del canal:
𝑁𝑢𝑎𝑖𝑟𝑒.𝑥 = 0.9282𝑅𝑎𝑎𝑖𝑟.𝑥
0.2035
(
𝑑𝑎𝑝𝑒𝑟𝑡𝑢𝑟𝑎𝑐ℎ𝑖𝑚𝑒𝑛𝑒𝑎
𝐷𝑙
)0.8972
■ La energía solar absorbida por el cristal es:
𝑆𝑔 = 𝜎𝑔𝐼𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑐𝑖ó𝑛𝑖𝑛𝑐𝑖𝑑𝑒𝑛𝑡𝑒
La energía solar absorbida por el absorbedor:
𝑆𝑤 = 𝜎𝑤𝜏𝑔𝐼𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑐𝑖ó𝑛𝑖𝑛𝑐𝑖𝑑𝑒𝑛𝑡𝑒

13. Predicción de la temperatura en la torre
de enfriamiento evaporativo
Figura 6. Esquema del enfriador evaporativo
𝑚1𝑎ℎ1𝑒𝑛𝑡ℎ𝑎𝑙𝑝𝑦 𝑎𝑖𝑟𝑖𝑛 = 𝑚2𝑎ℎ2𝑒𝑛𝑡ℎ𝑎𝑙𝑝𝑦𝑎𝑖𝑟𝑜𝑢𝑡+ 𝑚2𝑣𝑎𝑝𝑜𝑢𝑟ℎ2𝑣𝑎𝑝𝑜𝑢𝑟
Balance de energía que expresa el calor removido del aire para
evaporar el agua:

14. Calor sensible (calor intercambiado por diferencia de temperaturas)
𝑄𝑠 = ℎ 𝐴 ∆𝑇𝐿𝑀 = 𝑚𝐶𝑝 (𝑇𝑟 − 𝑇𝑎)
Calor latente (calor intercambiado por humedad especifíca)
𝑄𝐿 = 𝑚𝐿ℎ𝐿 ∆𝑤
Eficiencia de saturación
𝜂𝑆𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 =
𝑇𝑎 − 𝑇𝑟
𝑇𝑎 − 𝑇𝑏𝑢𝑙𝑏𝑜ℎ𝑢𝑚
Temperatura del aire que esta saliendo del dispositivo de enfriamiento
𝑇𝑟 = 𝑇𝑎 − 𝜂𝑆𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛(𝑇𝑎 − 𝑇𝑏𝑢𝑙𝑏𝑜ℎ𝑢𝑚)

15. Red de flujo de aire y
modelo térmico del
edificio
■ 4 ocupantes en
habitación
■ Monitero todo el día
■ Lámpara de 13 𝑊
𝑚2
■ Dispositivo usa 140W

16. Modelo térmico del edificio
■ Materiales utilizados para el cálculo
Ventanas:Vidrio simple
Paredes: Revestimiento de yeso, ladrillo
Techo: Hormigón, revestimiento de cemento, asilamiento
Piso: Suelo, concreto
Cálculo de carga de calor total de la zona
𝑄𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 = 𝑄𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎𝑣𝑒𝑛𝑡𝑖 + 𝑄𝑝𝑎𝑟𝑒𝑑 𝑒𝑥𝑡 𝑡𝑜𝑟𝑟𝑒 + 𝑄𝑝𝑒𝑟𝑒𝑑 𝑒𝑥𝑡 𝑐𝑢𝑎𝑟𝑡𝑜 + 𝑄𝑝𝑖𝑠𝑜 + 𝑄𝑣𝑒𝑛𝑡 +
𝑄𝑡𝑒𝑐ℎ𝑜 𝑡𝑜𝑜𝑟𝑒 + 𝑄𝑡𝑒𝑐ℎ𝑜 𝑐𝑢𝑎𝑟𝑡𝑜 + 𝑄𝑝𝑎𝑟𝑒𝑑 𝑙𝑎𝑡 𝑐ℎ𝑖𝑚 + 𝑄sup 𝑐ℎ𝑖𝑚𝑒𝑛𝑒𝑎 + 𝑄𝑝𝑒𝑟𝑠𝑜𝑛𝑎

17. Condición estado estable
■ El rendimiento del sistema integrado se estudió numéricamente.
■ La investigación se realizó a una velocidad de viento constante (4 m/s en Meteo)
■ Dirección del viento de 360°, y coeficiente de presión (Cp) 0.081 para el fachada norte y
−0.040 para la fachada sur.
■ Efecto de las diferentes combinaciones de los tres valores de radiación solar,
temperatura y la humedad relativa en el ambiente interior.
■ El sistema es capaz de generar tasas de ventilación de130,5 m3/h para un área de
colector de 2.4m2 bajo el efecto de la radiación solar únicamente.
■ Se ha observado que el absorbedor negro posee una alta temperatura valor comparado
con la temperatura del aire de la chimenea.
■ La temperatura del aire es mayor en la entrada y decreciente en la salida del enfriador
evaporativo

18. Condición estado estable
Figura 8.Variación de la temperatura del absorbedor en función de la
radiación solar.

19. Condición estado estable
Figura 9.Variación de ACH con diferentes combinaciones de radiación solar.

20. Datos climáticos reales
Figuras 10 y 11. rendimiento del sistema durante 3 meses de verano con datos climáticos
estándar y rendimiento del sistema del 19-23 de junio con enfoque al día más caluroso.

21. Datos climáticos reales
Figura 12. Humedad ambiental del día más caluroso (20 junio) utilizando la
carta psicométrica de ASSHRAE.

22. Conclusiones
■ El Coeficiente de presión y radiación solar en relación con el área del colector son los
principales parámetros que afectan el flujo de aire tasa dentro de una sola zona.
■ Cuando la temperatura del absorbente negro aumenta con/sin efectos de coeficiente de
presión, la ACH aumenta con una fuerte relación con radiación solar.
■ La temperatura en el interior disminuye de 10°C a 11,5°C.
■ El sistema propuesto puede ser aplicado durante el día y la noche, pero puede
controlarse y su uso puede limitarse durante la noche.

23. GRACIAS POR SU
ATENCIÓN