agregaciÓn de unidades

d

d

d

d

d

d

,

'

d

s

d

,

,

d

d

d

&KKWhEdh>/E&Z/KZ &KK>/E>WZ/DdZ>

&KKWhEdh>^Yh/E

1,44 m

3, 45 m

5, 00 m

Aumento de la temperatura en la zona superior

Alteracin de la

curva ideal

Alteracin de la

curva ideal

ESTUDIO PRIMARIO

Prdida de temperatura en la parte inferior

Unidad captadora

Unidad disipadora

DEFORMACIN 1 DEFORMACIN 2

2,82 m

5,28 m

AGRUPACIN DE UNIDADES EN VERTICAL

4,46 m

0,85 m

ZONA HABITABLE

ZONA HABITABLE

ZONA HABITABLE

5,30 m

26C ACT. METABLICA

MNIMA

18C ACT. METABLICA

ALTA

Elevacin de la zona habitable para conseguir mayor temperatura.

Aumento de la seccin facilitando la subida del aire caliente, por lo que en la zona inferior la temperatura es ms baja.

ZONA HABITABLE

ZONA HABITABLE

ZONA HABITABLE

0,68 m

3, 40 m

1, 70 m

200 C ACT. METABLICA

MEDIA

200 C ACT. METABLICA

MEDIA

Abombamiento de la zona superior para reducir la subida del aire caliente

Aumento de la altura para disminuir el calor en la zona habitable

ZONA HABITABLE

ZONA HABITABLE

16 24 32 0C 16 24 32 0C16 24 32 0C16 24 32 0C 16 24 32 0C

ESTUDIO DE AGREGACIN DE UNIDADES EN VERTICAL

ESTUDIO DE AGREGACIN DE UNIDADES MACLADAS Y DEFORMACIN

Aumento del calor en la zona intermedia

ESTUDIO DEFORMACIN

18 C ACT.

METABLICA ALTA

30 C

30 C

Alteracin de la

curva ideal

Alteracin de la

curva ideal

Alteracin de la

curva ideal

Acumulacin del calor en la unidad inferior ms baja y en la unidad superior

ESTUDIO DE AGREGACIN DE UNIDADES EN HORIZONTAL Y VERTICAL DEFORMACIN

300 C

250 C

180 C

BSQUEDA DE SITUACIONES EXTREMAS

TEMPERATUYRAS CORREGIDAS MEDIANTE LA DEFORMACIN

RADIACINESTUDIO GEOMTRICO

RADIACIN, CONVECCIN, CONDUCCIN, EVAPOTRANSPIRACINUNIDAD ENERGTICA MNIMAREDES TERMODINMICAS

MARA AMIGO 9029, RAMN PUET 2371, LIONEL CHAMMA 11140PROFESORA RENATA SENTKIEWICZUNIDAD DOCENTE IAKI BALOS, ETSAM, UPMOctubre 2011

5GRAMTICA Y SINTAXISESPACIAL TERMODINMICA

RADIACIN, CONVECCIN, CONDUCCIN Y EVAPOTRANSPIRACIN

UNIDAD DOCENTE IAKI ABALOS, ETSAM, UPMOctubre 2011

UNIDAD ENERGTICA MNIMA

CONDUCCINLEY DE FOURIER:

qx=-KAdTdx

De la ley general de la conduccin trmica, se deduce que el rea de contacto y ladiferencia de temperatura son directamente proporcionales al intercambio de calor.En principio nos quedamos con el dato del rea, puesto que no contemplamos elaumento de la temperatura del foco como una posible optimizacin.

INVESTIGACIN:Nuestro objetivo es averiguar como optimizar la superficie de contacto entre foco y cubo paraaumentar el intercambio.

SUPERFICIES EXTENDIDAS

qx,1

qx,2

qconv

Fludo:T, h

Se denominan superficies extendidas a aquellos slido que experimentan unatransferencia de energa por conduccin dentro de su lmites, y otra porconveccin entre sus lmites y los alrededores. Por simplificacin, tomamosun foco istropo.

Para estudiar el comportamiento obtenemos las frmulas a partir de unasimple modelizacin, con la aleta que vemos al margen:

qx +dxdqconv

dAs

Ac(x)

dx

x

Al final, sustituyendo y operandonos queda la ecuacin diferenciade segundo orden:

La utilidad de este proceso es calcular la transmisin de calor. Vemos un ejemplo con el queadems demostramos como se puede optimizar la forma del foco.

ddx(Ac

dTdx) -

hk

dAsdx (Tsup-Taire)=0

Tb=500Kt=6mm

r1=25mm

H=0.15m

r2=45mm

qC/A =hAt [1- NAfAt (1-?f) bAf=2(r-r1)At=NAf+2r1(H-Nt)?f= 0.95

qt= 690qS/A=h (2rH)b=263q =690-263= 454

La aplicacin ms comn de este tipo de estudios es precisamente la deaumentar la transferencia de calor. La superficie pasa a denominarse ALETA.

Por conservacin de la energa: qx= qx+dx + dqconv

De la ley de Fourier: qx=-KAdTdx

La conduccin de calor en qx+dx: qx+dx= qx + dqdxdx

Calculamos la cantidad de calor con aletas y sin aletas. Se deduce de la frmula general conlos condicionantes impuestos que:

Repetimos la operacin para intentar ver como vara la transferencia segn la geometra, y esto es lo queobtenemos. Mantenemos el coeficiente de conveccin constante.

Mantenemos tcte. y variamosla distanciaentre aletas

Mantenemos ladistancia entrealetas cte. yvariamos t.500

1000

1500

2000

2500

3000

qt (W)

30252015105 N

T1

T2

FACTOR DE FORMA:Igual volumen de foco, un10% del total en todos losmodelos.

ALETAS:Igual volumen de foco, perooptimizado gracias a la teora.

PROFESOR MIGUEL KREISLERARIAS MERINO, SERGIO; BERMEJO GONZLEZ, GONZALO

POT-IN-POT




UNIDAD ENERGTICA MNIMAPROFESOR MIGUEL KREISLERARIAS MERINO, SERGIO; BERMEJO GONZLEZ, GONZALO

POT-IN-POT

Conveccin + Conveccin.Abajo una unidad disipador, arriba una receptora

El foco trabaja por medio de radiacin, perotambin con conveccin, creandoprogresivamente un gradiente.

Igualmente aqu la radiacin y la conveccin secombinan para acondicionar el espacio.

Un cerramiento de un material muy aislante contieneaire, que es calentado durante el da y liberado durante lanoche creando un ciclo convectivo.

La radiacin permite que los paramentos se calienteny se produzca una conveccin en el espacio.

La anterior se combina con otras sala disipadora que tomala temperatura estable del suelo para enfriar la sala. Habraque introducir la conveccin forzada.

Regin turbulenta

Capa amortiguamientoSubcapa laminar

Laminar

Transicin

Turbulento

????

????

Esquema general

La frmula general de la conveccin se expresa como:

Por ser un proceso ms fcil, empezamos a estudiar el fenmeno de la CONVECCIN FORZADA,que no implica las fuerzas de gravedad, ni tampoco densidades, es decir, nos olvidamos de lamaterialidad del aire.

??????????

???????velocidad inicial del aire

Velocidad altah bajo

Velocidad mediah medio

Velocidad bajah alto

Posibles soluciones para evitar la zona laminar junto alfoco.

x

h(x)

?(x)

Ts

Laminar

Transicin

Turbulento

Grficas h y ?

q=h As(Ts-T)donde h es el factor de coeficiente

de conveccin promedio

de la superficie:h= 1As ?hdAs

Analizamos ahora el caso que ms nos incumbe, el de CONVECCIN NATURAL.

T2

T1

dT/dx >0 ddx T??

x???

?????

??

T????? ??

?

???

?????

??

Ts>T??

CONCLUSIONESLa presencia de turbulencias aumenta h, y estas dependen de laconfiguracin de la superficie de contacto.

Ejemplo de cmo podra optimizarse un foco para conseguir mayor conveccin

Consideramos una placa vertical de 0.25 m de longitud que est a 70 C. La placa se suspende en aire que est a 25 C.Estime el espesor de la capa lmite en la orilla posterior de la placa si el aire est en reposo. Cmo se compara esteespesor con el qeu existira si el aire fluyera sobre la placa a una velocidad de flujo libre de 5m/s?

Turbulencia

Laminar

L=0.25m

T???=25Cu??? = 0 5 ,m/s

Ts=70c

AIRE

?L

Tenemos de propiedades constantes, derivadas de un estudio un pocoms complejo mediante diferenciales con las que obtener las frmulasque finalmente se usan:Tf=320.5 K; v=17.95x10-6 m/s; Pr=0.7; = Tf-1 = 3.12x10-3 K-1Para el aire en reposo:GrL = g(Ts-T ) Lv= 6.69 x 107Por ser lineal aplicamos la frmula

?L= 6L(GrL4)^1/4

=0.024m

CONCLUSIN.La clave est en aumentar lavelocidad del aire. Conseguimosque el coeficiente de conveccinaumente considerablemente.

Para el aire a u???

=5m/s

ReL= u Lv 6.97x104

?L= 5LReL^1/2= 0.0047 m

POSIBLES EJEMPLOS FORMALES.

Si el foco es asaumenta el rgimenturbulento

Si se producen estrechamientos,aumenta la v del aire, y con ellala h.




POT-IN-POT

6GRAMTICA Y SINTAXISESPACIAL TERMODINMICACONVECCIN

Esquema de lo que ocurre en el proceso de radiacin aplicado a una superficie en un punto.

IrradiacinEmisin

Radiosidad

El porcentaje de radiacinabsorbida depende de lasuperficie, de caractersticascomo el albedo.

Depende de las caractersticasinternas de la materia, de latemperatura y de lanaturaleza.

Es el sumatorio de laradiacin propia de lasuperficie y la que refleja.

Relacin entre superficies:

R

nj

dAj

Aj,Tjqj

ni

dAi

Ai,Ti

qi

Factor de forma integral.

a

Fij=1- sen(a2)

Fraccin de la radiacin que sale de lasuperficie i que es interceptada por lasuperficie j

Ejemplo:

Fij= 1Aj

??AiAj cosicosjR dAi dAj

Este factor de forma esta directamente relacionado con el intercambio de calor entre dossuperficies. As, en una superficie ideal, en la que no hubiera reflexin, la frmula sera:

qij=Ai Fij (Ti^4-Tj^4) =cte

Relacin entre superficies que forman recintos:En un recinto el factor de forma es siempre 1. En la frmula anterior se introducen los datos deemisividad, considerando que en cualquier superficie se produce absorcin.

q12=q1=-q2= (Ti^4-Tj^4)___________________1-11A1 +

1A1F12 +

1-22A2

r1r2

q12=

Dos esferas concntricas

(Ti^4-Tj^4)_____________11 +

1-22

r1r2Conclusiones:

Es esencial definir el comportamiento de cada material, lo que puede dar lugar a que funcionencomo acumuladores de energa, la geometra puede controlar en gran parte la irradiacin, y elconocimiento del f. de forma y distribucin del calor puede provocar fenmenos convectivos yconductivos

Cuantas ms veces seareflejado el rayo, ms partede su energa se absorbery viceversa.

Las propiedades geomtricas nos permiten controlar los efectos de focos artificiales.

Importante: una lmina a la misma T situada enhorizontal y en vertical funciona como elemento porconveccin principalmente en vertical y por radiacinprincipalmente en horizontal.

Forma ptima paraconseguir homogeneidaden la transferencia decalor. La asimetra puedecausar gradientes queprovoquen conveccin

Solucin perfecta siqueremos calentar desdeun foco puntual unelemento puntualdistanciado.

Existen dos posibilidades: que queramoscalentar homogneamente una superficie apartir de un foco puntual y que a partir deradiacin solar queramos aumentar latemperatura de un foco.




POT-IN-POT

8GRAMTICA Y SINTAXISESPACIAL TERMODINMICARADIACIN





POT-IN-POT

SALAS SIMBITICAS EN EXTREMADURA O SIMILAR:

Caractersticas:Clima seco, con altas temperaturas por el da y bajas por la noche.No contamos con vientos especficos.

Sala A, superior:Uso continuo, con necesidad de evacuar calor durante el da y recibirlo durante la nocheSala B, inferior:Uso diario, siendo un ncleo disipador de calor.

SALAS SIMBITICAS EN EL MAR MEDITERRNEO:

Caractersticas:Viento constante de una determinada componente durante el da debido al mar.Temperaturas bastante constantes.

Sala A, inferior:Uso diario, con necesidad de evacuar calorSala B, superior:Uso continuo, con necesidad de mantener una temperatura de confort entorno a los 20 C

Material con gran inercia trmica.

Sistema de evaporacin

E1-01E1-02E1-03E1-04E1-05E1-06E1-07E1-08E2-01E2-02E2-03E2-04E2-05E2-06E2-07E2-08E3-01E3-02E3-03E3-04E3-05E3-06E3-07E3-08E4-01E4-02E4-03E4-05E4-06E4-07E4-08E4-4E5-01E5-02E5-03E5-04E5-05E5-06E5-07E5-08E6-01E6-02E6-03E6-04E6-05E6-06E6-07E6-08

agregaciÓn de unidades

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