Mejoramiento de un sistema de enfriamiento evaporativo con abanico-lecho enfriador usando materiales alternativos de lecho y película de agua sobre el techo de un invernadero

1. Mejoramiento de un sistema de
enfriamiento evaporativo con abanico-
lecho enfriador usando materiales
alternativos de lecho y película de agua
sobre el techo de un invernadero
Operaciones Unitarias II
Maestro: Marco António Núñez Esquer
Presenta: Alejandra Ibarra Espinoza
8° Semestre 12 de Marzo 2020

2. Datos del artículo
Enhancing the evaporative cooling performance of fan-pad
system using alternative pad materials and water film over the
greenhouse roof
M. A. Helmy1, Mohamed A. Eltawil1*, R. R. Abo-shieshaa2, N. M. El-Zan3
(1. Agricultural Engineering Department, Faculty of Agric., Box 33516, Kafrelsheikh
University, Egypt; 2. Rice Mechanization Center, Kafrelsheikh, Agric. Eng. Res. Inst., (AEnRI),
El-Giza, Egypt; 3. Engineer of Agricultural Engineering)
Agricultural Engineering International: CIGR Journal
Volumen 15; Número 2
Páginas: 173-186
Año: Julio, 2013

3. Contenido
Introducción Materiales y
métodos
Resultados y
discusión
Conclusiones

4. INTRODUCCIÓN

5. Introducción
 Imperativo el uso de sistemas refrigerantes
en invernaderos
 Enfriamiento evaporativo: opción viable
 Fácil operación y control
 Uso de lechos enfriadores húmedos
 Difícil manufactura
 Altos costos
 Poco accesibles
Clima
local
Cultivo
Facilidad de
operación
Economía

6. Introducción
 Tecnologías de enfriamiento actuales son no satisfactorias
 Necesidad de desarrollo tecnológico en refrigeración para climas
tropicales
 Objetivos del estudio:
 Alternativas económicas y efectivas de materiales para lecho de enfriamiento
 Evaluar el funcionamiento de los nuevos lechos de enfriamiento
 Evaluar el enfriamiento del sistema abanicos + película de agua sobre el techo del
invernadero; comparar con el sistema de solo abanicos
 Estimar la utilidad económica de los sistemas de enfriamiento propuestos

7. MATERIALES Y
MÉTODOS

8. Enfoque teórico
Efecto invernadero: permite la salida de 4% de la radiación térmica
Balance de energía en el invernadero
1 − 𝜀 𝐺𝑖 = 𝑈 𝑇𝑖 − 𝑇𝑜 + 𝜌𝐶 𝑝 𝑄 𝑣 𝑇𝑐 − 𝑇𝑜
𝜀 = 𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑒𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟𝑎𝑡𝑖𝑣𝑜
𝐺𝑖 = 𝑅𝑎𝑑𝑖𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑛𝑡𝑒
𝑊
𝑚2
𝑈 = 𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑝𝑜𝑟𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟
𝑊
𝑚2 𝐾
𝑇𝑖 = 𝑇𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 (𝐾)
𝑇𝑜 = 𝑇𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑢𝑡𝑟𝑎 𝑒𝑥𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 (𝐾)
𝑇𝑐 = 𝑇𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑟𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑑𝑜𝑠𝑒𝑙 𝐾
𝑄 𝑣 = 𝐹𝑙𝑢𝑥 𝑑𝑒 𝑣𝑒𝑛𝑡𝑖𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛
𝑚3
𝑚2 ∗ 𝑠

9. Invernaderos experimentales
SISTEMA 1: ABANICOS + PELÍCULA
DESCENDENTE DE AGUA
SISTEMA 2: ABANICOS
Figura 1. Esquema del invernadero experimental del sistema 1 Figura 2. Esquema del invernadero experimental del sistema 2

10. Materiales y métodos
INVERNADEROS EXPERIMENTALES
 Fabricación en polietileno
Variación de la velocidad del aire
0.45 − 1.01
𝑚
𝑠
Variación del espesor del lecho de
enfriamiento
10 − 15 𝑐𝑚
LECHOS DE ENFRIAMIENTO
Uso de residuo agrícola y hierbas
Recolectados de campos, drenajes,
fosas
 Una semana de secado al aire libre
 Materiales usados:
 Cyperus Rotundus I (Se’d)
 Cyerus Alternifolius (Purdy)
 Cryperus Alopecuroides Rottb (Samar)

11. Materiales y métodos
UTILIDAD ECONÓMICA
Consideraciones:
 Uso durante todo el año
 Funcionamiento del sistema de
enfriamiento por 200 días
 No se considera los costos de material
 Vida útil de 10 años
EFICIENCIA DE ENFRIAMIENTO
Mediciones en varios sitios del
invernadero
Eficiencia:
𝜂 =
(𝑇𝑜 − 𝑇𝑖)
(𝑇𝑜 − 𝑇𝑜𝑤𝑏)
∗ 100
Figura 3. Esquema de los puntos
de medición

12. RESULTADOS Y
DISCUSIÓN

13. Materiales de lecho de enfriamiento
Material: Purdy
 Mayor grado de absorción y pérdida de agua
 Necesita mayor flujo de agua para mantener su humedad
Se consideró a Se’d como el mejor
material para los lechos de
enfriamiento
• Mejor retención de agua
• Mejor efecto de enfriamiento
Gráfica 1. Absorción de agua por cada material experimentado

14. Efecto de enfriamiento
Ambos sistemas mantuvieron buenas
condiciones climáticas
 ∆𝑇𝑝𝑟𝑜𝑚 = 7.5°𝐶
Mejor enfriamiento: Sistema 1
 Enfriamiento evaporativo de la
película descendente de agua.
 La película reduce la radiación
solar entrante
Gráfica 2. Variación de temperatura de bulbo seco del aire exterior y
la diferencia de temperaturas con lecho de Se’d y velocidad de aire
de 0.45 m/s

15. Eficiencia de enfriamiento
Mayor eficiencia con lechos más
gruesos y menor velocidad de aire
Eficiencia Sistema 1 > Eficiencia
Sistema 2
Material con mayor eficiencia: Se’d
Gráfica 3. Variación de la eficiencia según la hora del día para el sistema 1 y 2

16. Resultados
CONSUMO ENERGÉTICO
Consumo debido principalmente a:
 Abanicos
 Bombas
EVALUACIÓN ECONÓMICA
Costo totales por año por m2
 Sistema 1: 4.05 USD
 Sistema 2: 3.66 USD
El sistema 1 es 10.6% más caro que el
sistema 2.
Principales contribuidores al costo:
 Abanicos
 Bombas
 Controladores Gráfica 4. Consumo de energía del sistema 1 y 2

17. CONCLUSIÓN

18. Conclusiones
 Sistemas de enfriamiento evaporativo: métodos de refrigeración efectivos y
accesibles
El uso de hierbas como lecho de enfriamiento
 Reduce la acumulación de residuos agrícolas
 Reduce consumo de agua
 Mayor efecto de enfriamiento:
 Se’d de 15cm de espesor y velocidad de aire de 0.45 m/s
 Sistema 1: mayor eficiencia de enfriamiento
 Costo y consumo de energía ligeramente mayor

19. GRACIAS POR SU
ATENCIÓN