integrantes rubén marcos huatuco roger iván ponce segovia fernando javier pareja centeno

CEDIT - UNMSMCENTRO DE DESARROLLO E INVESTIGACIÓN EN TERMOFLUIDOS

DE LA UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

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IntegrantesIntegrantes

Rubén Marcos Huatuco

Roger Iván Ponce Segovia

Fernando Javier Pareja Centeno

José Luis Hidalgo Rodríguez

AsesorAsesor

Ing. José Aguilar Bardales

SISTEMA DE CALEFACCIÓN POR SUELOS RADIANTES

Trujillo – Octubre - 2005



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¿Qué es un SCSR?

Es un modelo de calefacción moderno que carece de elementos visibles para el usuario, ya que esta ubicado bajo el piso.

El elemento irradiador a utilizarse puede ser:

- Electricidad (resistencia térmica).

- Agua caliente (que fluye en un serpentín bajo el piso).

SISTEMA DE CALEFACCIÓN POR SUELOS RADIANTES

(SCSR)



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Suelo radiante eléctrico por cable calefactor: Utiliza la energía eléctrica directa que a través de una resistencia genera calor, lo normal es que este cable sea de acero inoxidable, fabricado y preparado especialmente para este fin .

Suelo radiante por tubo de agua: Utiliza una red de tubos instalados de manera conveniente debajo del suelo, así se hace circular por ellos agua caliente para conseguir ambientes con temperaturas entre 18ºC y 22ºC aproximadamente.

TIPOS DE SCSR



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DIAGRAMA DE COMPONENTES DE UN SCSR POR TUBO DE AGUA

Suelo Radiante

Caldera

Bomba



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El suelo radiante no ensucia ni altera la estética del ambiente.

No favorece el transporte de bacterias o polvo.

Es más seguro que los sistemas con radiadores calientes

externos.

Al no recalentar el aire, prácticamente no se modifica la humedad relativa.

Teniendo el generador de calor en funcionamiento durante 6-8 horas, se dispone de calefacción las 24 horas del día.

Una vez fuera de servicio el generador de calor, la temperatura del suelo desciende entre 0,5 y 2ºC por hora, según el aislamiento del edificio y el material del suelo.

PRINCIPALES VENTAJAS DE LOS SCSR



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La Calefacción por Suelo Radiante, es el sistema de calefacción que mas se aproxima al sistema “IDEAL” de calefacción.

PERFORMANCE DE LOS SCSR



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1) Parámetros iniciales:

Transferencia de calor por convección libre y Radiación en la superficie (Condición de estado estable en el sistema).

TEORÍA DE DISEÑO

)( sup TThAQCONV )( sup TThAQCONV

)( 4sup4

aireerficieRAD TTAQ )( 4sup4

aireerficieRAD TTAQ

radconvsuelo QQQ radconvsuelo QQQ



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2) Flujo en el serpentín: Teoría de Flujo Interno con flujo de calor superficial constante.

-Flujo de masa constante.

-La transferencia de calor por convección ocurre en la superficie interna de la tubería.

-Los cambios de energía cinética, potencial y transferencia de energía por conducción en la dirección axial son insignificantes.

-El trabajo que el flujo realiza se da para mover el fluido a través de una superficie de control.

-Flujo laminar, completamente desarrollado.

tubextSimS KCpm

lDqTlT

.48

11

.

..)( "

,

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lDqTlT

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3) Transferencia de calor a través del suelo: Teoría de transferencia de calor por conducción utilizando el Método de Diferencias Finitas.

RF 2005

Debido a la complejidad de los cálculos, se desarrolló un software para el tratamiento y solución del problema.

Red nodal y Secciones



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DESARROLLO DEL PROTOTIPO EXPERIMENTALCON TUBERÍA DE FIERRO GALVANIZADO

(SCSR - Fe)

Dimensionamiento en función al diámetro de tubería (estandarización).

Serpentín de tubería galvanizada para agua de ½.

Suelo de tierra vegetal.

Profundidad de suelo: 4.

Contornos y fondo del sistema aislados con poliestireno expandido.

Bombeo por gravedad.

Tanque de suministro de agua calentado por resistencia eléctrica.



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PROTOTIPO EXPERIMENTAL DE SCSR - Fe



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PRUEBA DEL PROTOTIPO EXPERIMENTAL

SCSR - Fe



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RESULTADOS OBTENIDOS CON EL PROTOTIPO EXPERIMENTAL DE SCSR - Fe

Tm: Temperatura promedio en la superficie (°C).

Tm,i: Temperatura de ingreso al serpentín (°C).

Qsuelo : Potencia emitida por el suelo (W).

Qtubería: Potencia emitida por el serpentín (W)

Qperdido: Potencia perdida por las paredes del aislante (W)

El cuadro muestra los resultados obtenidos expeimentalmente usando el SCSR - Fe



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Material Tmax (°C)

(pulg/ pulg /°F)

K (W/mK)

Pmax (kg/cm²)

PVC 75 2.8 x 10-5 0.25 140

CPVC 85 3.4 x 10-5 0.12 710

Cobre 800-900 9.3 x 10-6 ~170 Media

Fe-Galvaniz. >900 5.9 x 10-6 ~60.5 Alta

Material K (W/m°K)

Arcilla 1.30

Concreto 1.40

Arena 0.27

Tierra vegetal 0.52

Tmax: Temperatura máxima que soporta sin perder sus propiedades.

: Coeficiente de expansión térmica .

k: Coeficiente de transferencia de calor del material.

Pmax: Presión máxima externa que soporta el material (al ser pisado o puesto bajo suelo).

Precio: Precio por unidad de longitud

Sistema de Tuberías Tipo de Suelo

EVALUACIÓN TECNICA DE LAS DIFERENTES ALTERNATIVAS PARA UN SCSR



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Material Precio* (S/./m)

Arcilla 30.50

CPVC 42.10

Cobre 194.20

Fe-Galvaniz. 61.50

Material Precio (S/./kg)

Arcilla 0.00 - 1.50

Concreto 3.50

Arena 0.00 – 0.20

Tierra vegetal 0.00

EVALUACIÓN ECONÓMICA DE LAS DIFERENTES ALTERNATIVAS PARA UN SCSR

Sistema de Tuberías Tipo de Suelo

(*) Precio: Precio por unidad de

longitud que incluye accesorios.

El costo del sistema convencional de bombeo, está en función de la temperatura del agua, la longitud del serpentín (perdidas hidráulicas) y el flujo de masa requerido.

Los sistemas de bombeo “convencional” que se pueden adquirir en el mercado, van de US$ 100 a más, en función a los parámetros antes citados.



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SCSR CON SERPENTIN DE ARCILLA PRE-COCIDA (SCSR - APC)

1) SERPENTÍN.

La técnica usada para la conformación hidroplástica es la decantación de una suspensión de arcilla en molde de yeso, en la cual la masa espesa es vertida en una matriz que tiene la geometría de la sección deseada.

La densidad y la resistencia aumentan como resultado del tratamiento a alta temperatura o por el proceso de cocción (900 – 1400°C).

Para hallar el diámetro optimo, se deben hacer una serie de ensayos, de los cuales los más importantes son:

-Ensayo de Permeabilidad.

-Ensayo de Resistencia a la Fractura.

-Ensayo de Dilatación Térmica.



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SCSR CON SERPENTIN DE ARCILLA PRE-COCIDA (SCSR - APC)

Bomba de vapor

SISTEMA DE BOMBEO



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APLICACIÓN A LA REALIDAD

El sistema de calefacción radiante no puede eliminar los problemas que produce el frio intenso, pero si puede mejorar la calidad de vida de los pobladores de las regiones frías de nuestro país.



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Un SCSR – APC puede disminuir las estadísticas en cuanto a efectos de la neumonía (control de la humedad y temperatura ambiental durante los días frios).

Un SCSR – APC, puede menguar los efectos sobre los animales de crianza (establos comunales aclimatados).

El estado mediante sus programas de apoyo y prevención, pude capacitar al poblador rural para implemente en su hogar un SCSR – APC.



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VIABILIDAD ECONÓMICA DE LAS DIFERENTES ALTERNATIVAS PARA UN SCSR



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¿ Preguntas ?

www.cedit-termofluidos.com

[email protected]

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