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Guillermo Durango Benítez Ricardo Valencia Naranjo

Diseño conceptual y básico de un sistema de calentamiento solar para climatizar el agua de la piscina de la Universidad EAFIT. Guillermo Durango Benítez Ricardo Valencia Naranjo. Asesor Jaime Escobar. Grupo de investigación DDP. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.

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Presentation Transcript

  1. Diseño conceptual y básico de un sistema de calentamiento solar para climatizar el agua de la piscina de la UniversidadEAFIT Guillermo Durango Benítez Ricardo Valencia Naranjo Asesor Jaime Escobar Grupo de investigación DDP

  2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA • Aunque las piscinas son de uso generalizado, las piscinas climatizadas son los mas recomendadas por los especialistas para evitar problemas de salud • Los deportistas manifiestan su inconformidad con la temperatura del agua porque sus entrenamientos no están sujetos a condiciones climáticas

  3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA • Los más indicado para elegir una fuente de energía para climatizar la piscina es que sea renovable debido a que las no renovables presentan problemas como: --Agotables --Contribuyen al calentamiento global

  4. PREGUNTAS DE INVESTIGACIÓN • ¿Cuáles son las restricciones que tienen los sistemas de calentamiento solar? • ¿Qué alternativa de diseño es la más recomendable para aplicar en la climatización de la piscina? • ¿Cuáles son los materiales mas adecuados en la construcción de los colectores solares? • ¿Cuál es el costo de un sistema de calentamiento con energía solar respecto a la utilización de otra fuente de energía?

  5. OBJETIVOS Objetivo general Realizar el diseño conceptual y básico de un sistema de calentamiento solar, mediante el análisis de alternativas de diseño para climatizar el agua de la piscina de Universidad EAFIT.

  6. Objetivos específicos • Definir las especificaciones del proyecto, los criterios y • restricciones del diseño • Elaborar el diseño conceptual aplicando heurística • y diferentes algoritmos • Realizar el diseño básico utilizando datos técnicos para • el sistema de calefacción. • Evaluar la factibilidad económica del proyecto para • compararla con otras alternativas

  7. METODOLOGÍA • Revisión Bibliográfica • Especificaciones y Restricciones del Proyecto • Diseño Conceptual • Optimización • Análisis de alternativas • Análisis general y Conclusiones • Recomendaciones

  8. Consideraciones teóricas Colector solar de placa plana [www.alsolar.pt/solarthermie] Superficie capaz de absorber la mayor cantidad de radiación solar, y transmitir esta en forma de calor hacia el fluido.

  9. Calentamiento de piscinas La intervención de la energía solar consiste en conservar la temperatura del agua de la piscina, reintegrando con la fuente solar la energía dispersa por el agua. Una piscina requiere un calentamiento de baja temperatura. Temperatura (ºC) del agua de las piscinas [www.tinet.org/~ftarraco/edificacio9solartermcolectivas]

  10. PROJECT DESIGN SPECIFICATION Datos climáticos de la Ciudad de Medellín [www.tutiempo.net/clima/Medellin_Olaya_Herrera/12-2006/801100.htm]

  11. PROJECT DESIGN SPECIFICATION CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DEL SISTEMA Diagrama general de la piscina Datos relacionados a la piscina

  12. PROJECT DESIGN SPECIFICATION Restricciones para el layout

  13. PROJECT DESIGN SPECIFICATION Restricciones para el colector solar Orientación del colector: Estos se deberán orientar hacia el sur para obtener una mayor eficiencia Inclinación del colector: Para el funcionamiento optimo la inclinación debe ser igual a la latitud del lugar donde se realizará el proyecto para este diseño debe ser de 6º11’. Material de construcción:Se escoge polipropileno y cobre por razones de disponibilidad y precio. La máxima longitud de tubería de cobre de 1” y ½” disponible en el mercado es de 6 m.

  14. DISEÑO CONCEPTUAL Diagrama general de entradas y salidas

  15. DISEÑO CONCEPTUAL Diagrama de bloques de proceso BFD

  16. DISEÑO CONCEPTUAL Diagrama de flujo de proceso PFD

  17. DISEÑO CONCEPTUAL SELECCIÓN DE TIPO DE EQUIPOS • Selección del tipo de colector solar Colector de placa plana no vidriado Colector solar de placa plana vidriado Colector solar de tubo evacuado

  18. DISEÑO CONCEPTUAL Selección del tipo de colector

  19. DISEÑO CONCEPTUAL Selección del material de la tubería para los colectores

  20. DISEÑO CONCEPTUAL Balance de masa en la piscina

  21. DISEÑO CONCEPTUAL Balance de energía en la piscina

  22. DISEÑO CONCEPTUAL Balance de energía en la piscina

  23. DISEÑO CONCEPTUAL Parámetros de diseño # T1 f L D T2

  24. DISEÑO CONCEPTUAL DISEÑO DE LOS COLECTORES SOLARES Medidas evaluadas para el diseño de colectores Ejecutar algoritmo de Excel

  25. DISEÑO CONCEPTUAL Efecto del ΔT en los colectores sobre eficiencia térmica para tubos con  de ½ y 1 in

  26. DISEÑO CONCEPTUAL Efecto del ΔT en el costo total de los colectores para tubos con  de ½ y 1 in

  27. DISEÑO CONCEPTUAL Efecto de la distancia entre tubos en el costo y la eficiencia de los colectores

  28. DISEÑO CONCEPTUAL Efecto del número de Tubos en el costo total de los colectores Efecto del número de Tubos en la Eficiencia de los colectores

  29. DISEÑO CONCEPTUAL Resultados de parámetros de diseño mas adecuados para el colector solar

  30. OPTIMIZACIÓN Análisis topológico y paramétrico Configuración de tubos abajo en un colector Configuración de tubos hacia arriba en un colector

  31. OPTIMIZACIÓN Resultados colector optimizado

  32. Cálculo de la red hidráulica • Los simuladores: PIPE-FLO y PIPE-FLOW que aplican las ecuaciones de Darcy-Weisbach, Kirchoff permitieron simular la red hidráulica para equilibrar las cargas en el sistema

  33. SIMULACIÓN EN PIPE-FLO

  34. Plano del sistema de colectores

  35. Especificaciones bomba Necesaria

  36. Especificaciones bomba Necesaria • Para que la bomba que actualmente tiene la piscina, (SIHI Monoblock) cumpla con los parámetros mencionados en la tabla anterior es necesario cambiar el impulsor por uno con mayor diámetro (de 110 mm a 120 mm).

  37. Animación gráfica del sistema de colectores

  38. Análisis de alternativas Para determinar cual es la fuente de energía más factible para la climatización de piscinas se analizaron : Gas natural, Bomba de calor N: 10 años TIO: 25% efectiva anual i: 10% e.a

  39. CONCLUSIONES 1.El factor de mayor relevancia en cuanto a las perdidas energéticas de la piscina, es la velocidad del viento Para el caso de la piscina de la universidad EAFIT la velocidad promedio del viento es de 0.3 m/s (velocidad Baja) 2.Después de correr la optimización se encuentra que los costos operacionales se minimizan cuando el flujo es de 37.95 m3/hr

  40. CONCLUSIONES 3.Los colectores configurados con los tubos arriba presentaron un mejor comportamiento que los configurados con los tubos hacia abajo (área efectiva por colector 7.8 m2 ) debido a que presentan una mayor área de transferencia (área efectiva por colector con los tubos arriba 10.45 m2) 4.El área disponible que actualmente existe para la ubicación de los colectores solares es menor que el área necesaria. Por tal motivo se requiere una ampliación de 210.5 m2 adicionales

  41. CONCLUSIONES 5.Es de gran importancia utilizar herramientas como el Pipe-FLO y Pipe-Flow para garantizar el mismo flujo en cada colector (1.8 m3/hr) 6.Para la climatización de la piscina no fue necesario cambiar totalmente la bomba hidráulica solo se debe aumentar el diámetro del impeler de 110 mm a 120 mm. 7.El estudio económico arrojo que la mejor inversión es el proyecto con energía solar en lugar de calentamiento con bomba de calor o calderin de gas

  42. CONCLUSIONES 8. El ángulo de inclinación óptima no es un factor critico en el diseño de colectores 9.Según el diseño hidráulico no hay que cambiar el sistema de tuberías que existe actualmente para la purificación de la piscina.

  43. RECOMENDACIONES • Se propone colocar una cortina de agua en la parte norte de la piscina con el fin de disminuir las pérdidas de calor de la piscina por efectos de vaporización. • Se recomienda evaluar la posibilidad de un sistema hibrido entre energía solar y una bomba de calor para garantizar la climatización de la piscina sin importar las condiciones climáticas.

  44. RECOMENDACIONES • Se recomienda realizar una ampliación del cuarto de bombas para facilitar su mantenimiento y evitar posibles accidentes de los operarios debido a la dificultad de acceso. • Se recomienda construir el prototipo de un colector con el fin de evaluar los resultados experimentales con las predicciones teóricas • Debajo de la nueva área techada se recomienda la posibilidad de instalar un gimnasio con equipos especializados para el fortalecimiento de los deportistas.

  45. GRACIAS POR SU ACOMPAÑAMIENTO DURANTE NUESTRO PROCESO DE APRENDIZAJE

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