Universidad de SonoraDivisión de Ingeniería.

Departamento de Ingeniería Química y Metalurgia.

Estudiante:Alcerreca Valdez Tadeo Alejandro

Fecha:25/01/2018

Enfriador cerámico ahorrador de energía para regiones áridasOperaciones Unitarias II

Datos del artículo a exponerNombre del artículo: Enfriador cerámico ahorrador de energía para regiones áridas (An Energy-Saving Ceramic Cooler For Hot Arid Regions).

Nombre del autor: Victor O. Aimiuwu (Nigeria).

Nombre de la revista: AIP Conference Proceedings.

Datos de la publicación: 2008 vol: 991 pp: 75-81.

Secciones de la Exposición•Introducción

•Trasfondo Teórico

•Desarrollo Experimental

•Conclusiones

Introducción

IntroducciónLas regiones áridas se encuentran generalmente en los países en desarrollo, donde el clima es caliente y cumple con estas 3 condiciones:

1. Poca lluvia y humedad relativa.

2. Muchos días calientes.

3. Patrones casi fijos de vientos diurnos y temporales.

Estas condiciones favorecen procesos de enfriamiento solares, pasivos y evaporativos. Especialmente en áreas rurales donde no hay energía eléctrica.

Introducción

Zonas áridas en el mundo.

Trasfondo Teórico

Teoría del enfriado evaporativo usando materiales cerámicos cocidosEl proceso de enfriamiento por evaporación existe cuando las moléculas de agua obtienen suficiente energía para transformarse en vapor sin adición neta de energía.

Al convertirse en gas, estas moléculas dejan al fluido original con menos energía cinética, enfriándolo.

Teoría del enfriado evaporativo usando materiales cerámicos cocidosEn los contenedores porosos el efecto de enfriado es incrementado porque las moléculas con mayor energía tienen un lugar de escape por medio de los poros.

El contenedor poroso ideal debe ser lo suficientemente poroso para permitir escurrimiento y evaporación sin pérdidas excesivas de líquido.

Diseño del enfriador cerámico

Esquema y ecuaciones de energía del enfriador cerámico

Diseño del enfriador cerámicoEl enfriador cerámico tiene 3 características principales:

1. Forma elipsoidal.

2. Hechos de arcilla de montmorillonita.

3. Calentado a 600°C durante su fabricación para maximizar el tamaño de poro.

Ecuaciones matemáticasEl principio de conservación de energía implica que la siguiente ecuación debe cumplirse:

Donde: M = Masa de agua, M1 = Masa de agua equivalente por el enfriador cerámico, m = Masa de agua que se evapora por minuto, C = Calor específico del agua, L = Calor latente del agua, K = coeficiente de enfriamiento de Newton, t = tiempo, T = Temperatura instantánea del agua, Ta = Temperatura del ambiente, Tb = Temperatura de ebullición del agua.

Ecuaciones matemáticasLa solución de la ecuación diferencial previa es la siguiente:

Donde To = Temperatura inicial, Te = Temperatura de equilibrio, α = Fracción de agua que se evapora a cada minuto, β = Parámetro de intercambio de calor entre el enfriador y el ambiente.

Dependencia de los factoresAmbos factores α y β dependen de varios factores como lo son:

1. Humedad de la atmósfera.

2. Corrientes convectivas alrededor del enfriador.

3. Tamaño de poros en las paredes.

4. Espesor de las paredes.

Dependencia de los factores

Curvas de enfriamiento teóricos para varias condiciones

Desarrollo Experimental

Enfriador cerámico como sistema de almacenaje en fríoDos enfriadores cerámicos, uno dentro del otro, fueron fabricados de los materiales previamente mencionados y se usaron para formar un sistema de almacenaje en frío.

El interior tiene una sección de parábola mientras que el enfriador exterior tiene la forma elipsoidal previamente mostrado.

Se midió la temperatura a cada hora dentro y fuera del sistema.

Enfriador cerámico como sistema de almacenaje en frío

Sistema de enfriamiento compuesto

Enfriador cerámico como sistema de almacenaje en frío

Temperaturas cada hora del (x) Ambiente, (o) Sistema cerámico, (+) Diferencia de temperaturas entre ellos

Análisis de resultadosDe la comparación de las curvas de temperaturas podemos concluir 4 cosas:

1. La temperatura del enfriador cerámico es consistentemente más baja que la del ambiente en todo el día.

2. La fluctuación diaria de 6.6 °C dentro del enfriador es mucho menor que la de 17.8 °C para el ambiente.

3. El ciclo de temperatura del sistema está desfasado detrás de aquel del ambiente por alrededor de 2 horas.

4. Los dos ciclos no son simétricos ni cerrados.

Prueba de almacenaje de frutas y verdurasEl experimento fue llevado a cabo durante la temperada del Harmattan con vientos secos y con una humedad relativa menor al 30%.

La cámara interior fue limpiada y secada.

Un peso conocido de una fruta particular fue puesto dentro la cámara dentro de un bolsillo abierto de celofán con la cámara cerrada.

Otro conjunto de fruta del mismo peso fue puesto en una mesa cercana sin ninguna protección.

Resultados de la prueba

Preservación de Zanahorias (Dalicus Carota)

Resultados de la prueba

Preservación de Pimientos (Capsicum Frutescens)

Resultados de la prueba

Preservación de Berenjena (Solanum Melongena)

Conclusión

Conclusión•Da una alternativa para las comunidades rurales en regiones áridas.

•El agua dentro del enfriador cerámico se encuentra a 15 °C menos que la temperatura ambiente durante el día.

•Se pueden conservar frutas y verduras en él hasta por 40 días.

•No tiene ningún costo energético

Gracias por suatención