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DISEÑO Y CONSTRUCCION DE UNA CAJA DE TRANSFERECIA DE CALOR (GUARDED HOT BOX).

MAURICIO CORTÉS RODRÍGUEZ

Código 200021859

PROYECTO DE GRADO PARA LA OBTENCIÓN DEL

TITULO DE INGENIERO MECÁNICO

Asesor

RAFAL BELTRAN

Ingeniero Mecánico, Ms.

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES

FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA

BOGOTÁ, D.C.

2005

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TABLA DE CONTENIDO Pag.

1. INTRODUCCION. 7

2. OBJETIVOS. 9

3. TEORIA. 10

3.1 Conducción en Estado Estable en una Dimensión. 10

3.2 Aplicación de la Norma ASTM C-236. 12

3.3 Parámetros tomados de la Norma ASTM C-236 13

4.0 Diseño de Caja de Transferencia de Calor 14

4.1 Diseño de la Caja de Transferencia de Calor a Construir 14

4.2 Diseño de la Caja de Transferencia de Calor Equipada 15

5.0 Construcción de la Caja (Guarded Hot Box). 17

5.1 Construcción de la Caja y su Aislamiento térmico. 17

5.2 Equipamiento de la Caja Caliente. 20

5.3 Sistema de Control de Temperatura y Velocidad de los

Ventiladores. 22

5.4 Aislamiento Térmico Caja Fría. 23

5.5 Sistema de Refrigeración Caja Fría. 24

5.6 Evaporador y ventilador Caja Fría. 25

5.7 Compresor y Condensador de la caja Fría. 26

5.8 Sistema de Control de la Caja Fría. 27

5.9 Caja Fría equipada con el Sistema de Refrigeración. 28

6.0 Caja de transferencia de Calor (Guarded Hot Box). 29

6.1 Descripción y Funcionamiento de la Caja. 30

6.2 Problemas presentados por la Caja. 32

6.3 Ventajas que presenta la Caja 33

6.4 Continuación del Proyecto 34

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7.0 Conclusiones. 35

8.0 Bibliografía. 36

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LISTA DE FOTOS

FOTOS Pág.

5.1 Foto lateral de un lado de la Caja aislada internamente. 18

5.1 Foto frontal de un lado de la Caja aislada internamente 19

5.2 Caja Caliente con resistencias y ventiladores acoplados. 20

5.2 Caja Caliente con resistencias y ventiladores acoplados. 21

5.3 Sistema de control de temperatura y de velocidad de rotación de

los ventiladores de la Caja Caliente. 22

5.4 Foto de la Caja Fría aislada internamente. 23

5.5 Foto del Sistema de Refrigeración de la Caja Fría. 24

5.6 Foto del Evaporador y ventilador de la Caja Fría. 25

5.7 Foto Superior del Compresor y Condensador. 26

5.7 Foto de la Caja de Circuitos junto con Compresor y Condensador.26

5.8 Foto del Sistema de Control de temperatura caja fría. 27

5.9 Foto frontal de la Caja Fría con sistema de refrigeración acoplado.28

6.0 Caja de transferencia de Calor (Guarded Hot Box). 29

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LISTA DE FIGURAS

FIGURAS Pág.

Figura 1. Transferencia de Calor a través de una placa plana. 10

Figura 2. Diseño de la Caja (Guarded Hot Box) Norma ASTM C-236. 12

Figura 3. Plano de la vista lateral de la Caja de Transferencia de Calor. 14

Figura 4. Diseño lateral de la Caja de Transferencia de Calor Equipada. 15

Figura 5. Diseño Superior de la Caja de Transferencia de Calor Equipada.16

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LISTA DE SIMBOLOS

SIMBOLO DEFINICIÓN UNIDADES (k) Conductividad

Térmica W / (m * K)

C Conductancia Térmica

W / (m2 *K)

H Conductancia superficial

W / (m2 *K)

U Transmitancia Térmica

W / (m2 *K)

(q,,)

Flujo de Calor a través de un Area

W / m2

Q Rata de Tiempo de Flujo de Calor

W

A Area de medición (m2) L Espesor del panel (m) (r) Resistencia

Superficial K *m2 / W

R Resistencia Térmica

K *m2 / W

Ru Resistencia Térmica Total

K *m2 / W

(th)

Temperatura promedio del aire a una distancia > de

75mm de la superficie caliente

K

(t1)

Temperatura promedio de la

superficie caliente

K

(t2)

Temperatura promedio de la superficie fría

K

(tc)

Temperatura Promedio del aire a

una distancia > 75mm de la

superficie fría.

K

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1. INTRODUCCION

A medida que pasa el tiempo las fuentes de energía se hacen más escasas, por

ejemplo es el caso de las fuentes no renovables; llevando a un constante

incremento de sus precios y haciendo que cada día que pase sea más costoso su

uso para el diario. Por tal motivo se hace necesario optimizar el uso de estas

fuentes.

Existen diversas formas de reducir estos costos, una de las principales es

disminuyendo consumos de energía, haciendo uso de materiales apropiados en la

construcción de nuestras casas y sitios de trabajo; y así poder reducir los costos

del uso de la calefacción y el aire acondicionado.

Este proyecto de grado consistió en el diseño y construcción de una Caja de

Transferencia de Calor (Guarded Hot Box), a partir de la norma ASTM C-236.

Esta caja debe tener un tamaño razonable para poder probar diversos tipos de

paneles y materiales de construcción a las temperaturas a las cuales van a ser

expuestos, y así elegir el mejor material para construir.

La Caja de Trasferencia de Calor (Guarded Hot Box) se encuentra equipada por

dos cajas; una caja caliente y una fría las cuales van a poner las condiciones de

frontera (temperaturas) que va a sentir la placa a probar.

Existen diversos tipos de razones por las cuales este proyecto se desarrollo,

primordialmente es el hecho que en Colombia en muchas ocasiones se construye

sin tener en cuenta el clima, acarreando consecuencias para el futuro; como es el

hecho de dejar un techo mal aislado, o una pared de mal espesor. Es así como

debemos pagar un costo extra para arreglar o mejor aun para vivir bajo esas

condiciones. Por tal motivo se monto este banco de prueba, para que se puedan

sacar datos experimentales de diversas placas, con el fin de optimizar la

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construcción y en última instancia mejorar la calidad de vida en nuestras casas y

sitios de trabajo.

Por otro lado, un banco de prueba en la Universidad es de gran uso para el

desarrollo de experimentos relacionados con Transferencia de Calor.

La Caja de Transferencia de Calor (Guarded Hot Box), se construyó en 4

importantes pasos; primero la retroalimentación previa acerca del tema como es

la teoría, las normas ASTM y las limitaciones de equipos y espacio a usar. Se

continuo con la etapa del diseño de planos asistidos por computador para facilitar

cualquier cambio, para estos planos nos basamos en un programa de diseño

llamado Solid Edge. Al tener los planos, seguimos con la etapa de construcción

de la Caja y su debido aislamiento interno y por ultimo la etapa de adecuación de

la caja caliente y de la fría, instalándole los equipos de calefacción y de

refrigeración.

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2. OBJETIVOS

Realizar un estudio previo del tema, basado en la Norma ASTM C-236 y

cualquier tipo de bibliografía pertinente para el diseño y construcción de la

Caja; teniendo en cuenta el funcionamiento de esta, como también la teoría

acerca de la Transferencia de Calor en estado estacionario por medio de la

conducción a través de paredes planas.

Diseñar la Caja de Transferencia de Calor, a partir de unos diseños previos

dados en la teoría, y aplicar los parámetros y restricciones especificas.

Construir en su totalidad la Caja de Transferencia de Calor, que consta de

dos cajas; una caja fría y la otra caliente. Cada una de estas cajas cuenta

con su respectivo equipo de operación.

• Calibrar cada equipo a su temperatura de operación, por medio de un

sistema de control de temperatura el cual prende y apaga los equipos a

una temperatura dada.

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3. TEORIA 3.1. CONDUCCION EN ESTADO ESTABLE, EN UNA DIMENSION. La distribución de temperatura para el caso de una placa plana se puede resolver

mediante sus condiciones de frontera, teniendo en cuenta que se encuentra en

condiciones de estado estable, sin generación de calor y a una rata de flujo de

calor constante. Para este caso tenemos la siguiente ecuación:

0=dxdT

kdxd

En la siguiente figura podemos observar que la conductividad térmica de una

placa plana de un material es constante.

Figura 1. Transferencia de Calor a través de una placa plana (a)Distribución de Temperatura (b) Circuito Térmico Equivalente1

1 Incropera, Frank, Fundamentals of Heat and Mass Transfer, John Wiley & Sons, 4 th edition pg 75.

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Podemos analizar de la figura anterior, donde se muestra el caso de conducción

en estado estable a través de una placa plana sin generación de calor y

conductividad térmica constante, que la temperatura varía linealmente a medida

que atraviesa la placa.

Al tener la distribución de temperatura y aplicando la ley de Fourier, determinamos

que la rata de transferencia de calor, por conducción; esta dada por:

( )21 TTLkA

dxdT

kAqx ==

Donde:

(k) = Conductividad térmica (W / (m * K), propiedades del material.

A = Area de la pared (m2).

T1 = Temperatura lado Caliente (K).

T2 = Temperatura lado Frío (K).

L = Espesor de la pared (m).

La rata de flujo de calor (q,,), esta dada por:

( )2111 TTLk

Aqx

q ==

Sabemos que tanto la rata de transferencia de calor como la rata de flujo de calor

son constantes e independientes al punto en donde se esté midiendo dentro de la

placa (una distancia “x” del punto de referencia).

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3.2 APLICACIÓN DE LA NORMA ASTM C-236.

La norma ASTM C-236 “Standard Test Method for Steady-State Thermal

Peformance of Building Assemblies by Means of a Guarded Hot Box”, estipula los

principales puntos para la construcción de la Caja de transferencia de calor. Esta

norma describe la importancia de su uso y de los aparatos que la constituyen.

Tal como lo estipula la norma, la caja de transferencia de calor (Guarded Hot Box)

puede probar paneles verticales como lo son paredes, ventanas, o también

cualquier estructura horizontal, como es el caso de un techo o un piso; pero

teniendo en cuenta la complejidad que implica ensamblar la caja a la estructura a

probar.

Para todos estos tipos de estructuras, es necesario que se mantengan las

temperaturas de prueba constantes, como también una transferencia de calor de

casi cero entre la caja y los alrededores.

Figura 2. Diseño de la Caja (Guarded Hot Box) según la norma ASTM C-236.2

2 Norma Técnica ASTM C236 Standard Test Method for STEADY-STATE THERMAL PERFORMANCE OF BUILDING ASSEMBLIES BY MEANS OF A GUARDED HOT BOX (Reapproved 1993).

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Como podemos observar en la figura 2 en donde la norma ASTM C-236 muestra

un boceto de una caja de transferencia de calor (Guarded Hot Box), en esta figura

se puede ver de que esta constituida la caja; una caja caliente y una caja fría y en

el medio de estas el panel o estructura a probar. Por otro lado podemos observar

tanto su vista superior como su vista lateral.

3.3 PARAMETROS TOMADOS DE LA NORMA ASTM C-236

En principio asumimos los mismos parámetros tal como lo describe la norma

como lo es el tamaño; en donde se recomienda que tanto su altura como su

ancho sean iguales y que además sea lo suficientemente grande para poder

probar grandes paneles.

Para el tema del aislamiento de las paredes internas, tenemos primero la caja

caliente, en donde su conductividad térmica no debe ser mayor a 0.6 W / (m2 *K);

de manera que su conductividad sea baja, así se evita el flujo de calor hacia fuera

como hacia dentro de la cámara. Para la caja fría, ésta debe de estar bien aislada,

para que tenga la capacidad de mantener temperaturas bajas otorgadas por el

sistema de refrigeración, al mismo tiempo que prevenga la entrada de vapores y

hielos acumulados en la tubería.

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4. DISEÑO DE LA CAJA DE TRANSFERENCIA DE CALOR

4.1 DISEÑO DE LA CAJA DE TRANSFERENCIA DE CALOR A CONSTRUIR.

Figura 3. Plano de la vista lateral de la Caja de Transferencia de Calor.

Al tener los parámetros de la norma, sé continuo a la etapa de diseño, en donde

se comenzó con dimensionar la caja caliente de tamaño de (1m x 1m x 0.55m), y

la caja fría de dimensiones (1m x 1m x 0.5m).

Teniendo el tamaño de la caja pasamos a la etapa de escoger el mejor tipo de

aislamiento y que comercialmente se consiga en el mercado local; para este

escogimos laminas densas de espuma de Poliuretano las cuales poseen una

conductividad térmica de alrededor de 0.03 W / (m2 *K) y un espesor de 5cm,

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suficiente para que cumplan las limitaciones de conductividad de las paredes de

la caja caliente y de la caja fría.

4.2. DISEÑO DE LA CAJA DE TRANSFERENCIA DE CALOR EQUIPADA

Figura 4. Diseño de la vista lateral de la Caja de Transferencia de Calor Equipada.

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Figura 5. Diseño de la vista Superior de la Caja de Transferencia de Calor Equipada.

A partir de estos diseños optamos por construir el proyecto dentro de las

instalaciones de la Universidad, específicamente en el taller de ingeniería

mecánica, ya que en este se cuenta con las herramientas y los equipos

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necesarios para su desarrollo, como también el espacio suficiente para poder

construir la caja en su totalidad.

5. CONSTRUCCION DE LA CAJA (GUARDED HOT BOX).

Se desarrollará la descripción de la construcción de la Caja de Transferencia de

Calor, paso por paso, y al mismo tiempo se mostrará que se utilizó y porque. Todo

este desarrollo y descripción se ilustrara por medio de fotos.

5.1 CONSTRUCCION DE LA CAJA Y SU AISLAMIENTO TERMICO.

La caja de transferencia de calor, esta constituida por dos cajas una caja fría y

una caja caliente. Como podemos observar en los planos, las dos cajas son

similares, difieren en que la caja caliente posee una profundidad mayor de tan

solo 5cm. Cada una de estas cajas es llamada por la función que cumple, como

vimos en la figura 4 y 5, en donde se muestra un diseño de las cajas equipadas,

sabemos que la caja fría va a tener instalado todo un equipo de refrigeración y la

caja caliente un equipo de calefacción.

Para la construcción de cada una de estas cajas y teniendo en cuenta su peso, se

opto por utilizar materiales livianos y resistentes. Cada caja fue hecha de una

unión permanente de marcos de ángulo de aluminio y a estos se le acoplaron las

paredes de laminas de triplex. Los marcos se unieron con remaches, para darle

resistencia a las esquinas y las láminas de triplex se ajustaron a los marcos por

medio de tornillos golosos. Todos estos materiales son de fácil acceso y

comercialmente se consiguen en cualquier establecimiento de construcción.

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Para aislar cada una de estas cajas, se utilizó láminas densas de espuma de

poliuretano las cuales cumplen con las especificaciones de conductividad térmica,

y además se consiguen comercialmente en diversos sitios de aislamiento térmico.

Estas laminas se consiguen en dos tipos de espesores de 5cm (2plg) y de 10.2cm

(4plg), para nuestro proyecto fue suficiente las laminas de 5cm de espesor en

donde tendrían la mínima penetración y el aislamiento requerido para las

temperaturas de operación.

Foto lateral de un lado de la Caja aislada internamente

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19

Como podemos observar en la foto anterior, todos los marcos de la caja en

ángulo de aluminio, sus paredes externas en lamina de triplex y su aislamiento

(paredes internas) en espuma densa de poliuretano.

En la siguiente foto se tiene una vista frontal de un lado de la Caja, esta nos

muestra su gran área la cual va hacer contacto con el panel a probar, además su

capacidad para la instalación de sus debidos equipos.

Foto frontal de un lado de la Caja aislada internamente

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20

5.2 EQUIPAMIENTO DE LA CAJA CALIENTE.

La Caja Caliente se encuentra equipada por dos resistencias en “m” de 110

Voltios, junto con dos ventiladores de 20 cm de diámetro. Se instaló una

resistencia en la parte superior de la caja y la otra en la parte inferior de la caja, tal

como estaba en el diseño de la norma ASTM C-236 (Figura 2) y en el diseño del

proyecto (Figura 4 y 5). Estas resistencias se encuentran ubicadas en estos sitios

específicos para que la temperatura tanto en la parte superior como en la inferior

sea lo mas uniforme posible.

Foto Caja Caliente con resistencias y ventiladores acoplados.

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21

Cada resistencia posee un ventilador para que se genere una convección forzada

y distribuya la temperatura uniforme y constante a lo largo de toda la caja. Los

ventiladores y las resistencias se encuentran acoplados a la caja con un

suplemento en triplex en las paredes y sujeto por pernos que atraviesan toda la

pared de la caja. Todas las conexiones eléctricas de las resistencias y los

ventiladores son hechas de cable con recubrimiento plástico para resistir altas

temperaturas.

Foto Caja Caliente con resistencias y ventiladores acoplados.

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22

5.3 SISTEMA DE CONTROL DE TEMPERATURA Y VELOCIDAD DE

LOS VENTILADORES.

El sistema de control de temperatura, funciona por medio de una termocupla la

cual se encuentra instalada en el medio de la caja y dependiendo de la

temperatura de operación prende o apaga las resistencias. Este sistema es muy

sencillo y comercialmente es el mismo que se utiliza en un horno corriente.

Según la norma el sistema de ventilación debe ser muy suave; entre otras

palabras los ventiladores deben rotar a muy bajas revoluciones, cumpliendo con

la función de circular el aire por toda la caja caliente. Para esta función se utilizo

un potenciometro o “dimmer”, el cual le varía el voltaje de entrada al ventilador y

este al ser menor disminuye la velocidad de rotación del mismo.

Foto del Sistema de control de temperatura y velocidad de los ventiladores de la Caja Caliente.

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5.4 AISLAMIENTO TERMICO CAJA FRIA.

Para la caja fría se utilizaron los mismos principios de la caja caliente, pero para el

caso específico de la caja fría su profundidad se estipulo menor además de tener

mayor resistencia en la parte superior donde va a soportar un evaporador junto

con un ventilador. Para soportar el evaporador y el ventilador, se acoplaron las

laminas aislantes de poliuretano de las paredes de tal forma que sirvan de soporte

las laminas del techo como las del piso.

Foto de la Caja Fría aislada internamente.

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5.5 SISTEMA DE REFRIGERACION DE LA CAJA FRIA.

Para el sistema de refrigeración de la caja fría, se utilizaron todos los equipos

convenientes para esta función. Los equipos utilizados son: un compresor, un

condensador con ventilador, un evaporador con ventilador, un filtro secador,

tubería en cobre y un sistema de control de temperatura.

Foto del Sistema de Refrigeración de la Caja Fría.

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5.6 EVAPORADOR Y VENTILADOR DE LA CAJA FRIA.

El Evaporador de la caja fría, va instalado en la parte superior de la caja con un

ventilador incorporado, para que circule todo el aire frío a lo largo de toda la caja y

esta permanezca a la temperatura requerida.

Foto del Evaporador y ventilador de la Caja Fría.

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5.7 COMPRESOR Y CONDENSADOR DE LA CAJA FRIA.

Para el sistema de refrigeración de este proyecto se utilizó un Compresor de 110

Voltios, el cual usa Freon R-22. Este compresor es de gran capacidad y requiere

que el condensador y el ventilador estén instalados a su lado para que este pueda

ser refrigerado. Como podemos observar en las siguientes fotos, vemos el

compresor junto con el condensador y el ventilador; además una caja pequeña en

donde todos los equipos del sistema de refrigeración se encuentran conectados;

esta caja es la que suministra todo el voltaje para el sistema.

Foto Superior del Compresor y Condensador. Foto de la Caja de Circuitos junto con

Compresor y Condensador.

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5.8 SISTEMA DE CONTROL CAJA FRIA.

Para controlar la temperatura de la caja, se utilizó un sistema convencional

utilizado comúnmente en neveras. Este sistema de control es similar al de la caja

caliente, pero para este caso este sistema utiliza temperaturas bajas. Este

sistema se calibra dependiendo de la temperatura de operación y según la

temperatura en que se calibre prende o apaga los equipos de refrigeración.

Foto del Sistema de Control de temperatura caja fría.

Como podemos observar en la foto vemos el sistema de control en donde también

utiliza una termocupla, esta se encuentra al interior de la caja y su función es

tomar la temperatura interna y a partir de la temperatura en que se calibre prende

o apaga los equipos.

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5.9 CAJA FRIA EQUIPADA CON EL SISTEMA DE REFRIGERACION.

Para la instalación y carga del sistema de refrigeración se requirió la ayuda de un

técnico en sistemas de refrigeración, en donde según los planos y requerimientos

de la norma se acoplaron todos los equipos y sé probo que funcionara en

perfectas condiciones sin tener fuga alguna en las tuberías.

En la siguiente foto podemos observar la caja fría con todos los equipos de

refrigeración; aquí podemos ver su capacidad y su fácil movimiento gracias que

toda la caja se encuentra reposada sobre una tabla de madera o “estiba”.

Foto frontal de la Caja Fría con sistema de refrigeración acoplado

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6. CAJA DE TRANSFERENCIA DE CALOR (GUARDED HOT BOX).

Podemos observar en la siguiente foto la Caja de Transferencia de Calor

(Guarded Hot Box), donde la compone una caja caliente (izquierda) y una caja fría

(derecha), ambas unidas y separadas en el medio por una lamina de icopor de 4

cm de espesor. Esta lámina se utilizó para la calibración de los equipos a las

temperaturas de operación.

Foto lateral de la Caja de transferencia de Calor (Guarded Hot Box).

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30

6.1 DESCRIPCION Y FUNCIONAMIENTO DE LA CAJA.

Como hemos dicho anteriormente la Caja de Transferencia de Calor (Guarded

Hot Box), esta constituida por dos cajas, una caja caliente y una caja fría, estas

dos cajas son aisladas completamente para que no sean alteradas las

temperaturas internas de cada caja y solo exista transferencia de calor por

conducción a través del panel o estructura a probar, desde la caja caliente a la

caja fría. Para este fin se construyó y se aisló cada caja sobre medidas y se

instalaron todos sus equipos con mucha precaución para que no se fuera a dañar

ninguna estructura.

La caja caliente tiene dimensiones de (1m x 1m x 0.55m) y la caja fría (1m x 1m x

0.5m), ambas muy similares y con las mismas bases de construcción. Cada caja

cuenta con su respectivo sistema de control, estos son calibrados a la

temperatura de operación con la ayuda de los termómetros digitales, los cuales se

encuentra en el taller de Ingeniería Mecánica de la Universidad.

Para la calibración de los equipos, se utilizaron dos termómetros digitales, cada

uno con dos entradas de temperaturas. Se instalaron las termocuplas de cada

uno de ellos dentro de la caja cerca de la lámina de icopor que las separaba. Allí

se tomaron las temperaturas, para calibrar los sistemas de control de temperatura

a la temperatura de operación; estos sistemas cumplen la función de prender o

apagar los equipos.

Todos los equipos, como son los de la caja caliente como los de la caja fría,

funcionan con 110 Voltios, es el mismo voltaje que tenemos en cualquier enchufe

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de energía; esto con el fin de facilitar su conexión sin la necesidad de utilizar

ningún transformador de energía.

Según la teoría y las ecuaciones fundamentales de la rata de transferencia de

calor (q) como la de rata de flujo de calor (q,,), bajo las condiciones estipuladas,

se pueden aplicar directamente al proyecto, debido a que se diseño esta caja de

transferencia de calor lo más sencillo posible cumpliendo sus características

fundamentales.

La teoría nos explica el comportamiento de cualquier placa plana de material

homogéneo bajo unas condiciones de conducción en estado estable, permitiendo

un posterior análisis experimental.

Teniendo las dos temperaturas fijas de cada caja (T1) y (T2), y además se

calculando el calor generado por las resistencias, podemos calcular por medio de

ecuaciones, diversos tipos de propiedades y características de la placa. Dentro de

las más importantes, tenemos la conductividad térmica, la conductancia

superficial, su transmitividad térmica y muchas otras propiedades térmicas de

transferencia de calor.

Al poder variar las temperaturas de frontera (T1) y (T2), podemos analizar el

comportamiento y la transferencia de calor de la placa, frente a cambios de

temperatura; esto con el fin de poder analizar y diseñar materiales de

construcción los cuales sufran cambios de temperatura a lo largo de un año, como

es el caso en donde existan estaciones, y los cambios de temperatura son de

40ºC hasta –10ºC dependiendo del mes del año.

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6.2 PROBLEMAS PRESENTADOS POR LA CAJA.

A lo largo del proyecto se presentaron diversos problemas y dificultades, las

cuales nos retrasaron en el cronograma como también en la construcción de la

Caja.

• El tamaño de la caja es razonablemente grande, por tal motivo se construyó

en las instalaciones de la Universidad, donde se contaba con las herramientas

y equipos para su construcción y además su traslado requería un medio de

transporte bastante amplio.

• La caja fría se construyó en las instalaciones de la Universidad, pero la

instalación de equipos de refrigeración se llevó a cabo en un sitio

especializado en equipos de refrigeración, en donde se tomaron mucho tiempo

en su instalación como en el traslado de la misma, atrasándonos en un tiempo

bastante razonable.

• Tanto la caja fría como la caja caliente cuentan con un sistema de control de

temperatura que al ser comprados en el comercio a un precio relativamente

económico no son muy precisos en el encendido y apagado de los equipos,

teniendo un error alrededor de +/- 5ºC. Esto es un problema bastante

importante para una futura toma de datos y pruebas a realizar.

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6.3 VENTAJAS QUE PRESENTA LA CAJA. Este proyecto fue bastante exitoso, desde su diseño hasta su construcción final,

entre las ventajas más importantes tenemos:

• Cada una de las cajas cuenta con materiales de muy buena calidad, además

fue construido bajo medidas, verificando cada detalle al igual que la instalación

de cada equipo.

• Cada una de las cajas fue aislada con láminas de espuma densa de

poliuretano de primera calidad cumpliendo con todos los parámetros

requeridos para nuestro proyecto.

• Cada equipo es muy sencillo de operar facilitando su uso al igual que su

manejo. Todos los equipos funcionan con 110 voltios.

• La caja caliente posee un sistema de control el cual varía la temperatura

desde los 30ºC hasta los 80ºC, ampliando el rango de toma de datos. Esto se

debe a que sus resistencias se calientan a estas temperaturas, al mismo

tiempo que la estructura de la caja las resiste.

• La caja fría en cambio posee un sistema de control el cual varia la temperatura

desde los 15ºC hasta los –10ºC. Esto se hace posible ya que cuenta con un

equipo de refrigeración bastante bueno.

• Este proyecto nos facilita entender la teoría de la transferencia de calor por

medio de conducción a través de la práctica.

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6.4 CONTINUACION DEL PROYECTO. La construcción del proyecto y este documento, son la base para que en un futuro

se desarrollen diversos tipos de estudios y tecnologías sobre este tema. Al mismo

tiempo se pueden realizar diversas pruebas a esta caja como también se puede

optimizar en diversas áreas para el desarrollo en un futuro un proyecto de grado.

Entre las mejoras que se le pueden hacer a la caja podemos encontrar:

• Diseñar un sistema de control de temperatura (ON / OFF), el cual sea mucho

más preciso, con un error mas bajo. Esto con el fin de optimizar la toma de

datos y que los equipos operen a temperaturas exactas.

• Encontrar entre cada una de las cajas las posibles fuentes de error, si los hay,

como es el caso de su aislamiento térmico, la operación de equipos y proponer

una solución para mejorar las toma de datos.

• Perfeccionar él acople (caja-panel), el cual es muy importante para que se

obtengan datos relativamente precisos; ya que en este acople se pueden

ocasionar pérdidas o ganancias de temperatura.

• Cada caja posee paredes externas de láminas de triplex, estas se pueden

cubrir o pintar para mejorar su función y su aspecto externo.

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7.0 CONCLUSIONES

• Se diseño una caja de Transferencia de Calor (Guarded Hot Box), a partir

de una norma ASTM C-236 y la bibliografía relacionada con el tema.

• A partir del diseño previo de los planos, se construyó el total de la caja,

cumpliendo con los parámetros y limitaciones que esta involucraba. Toda la

construcción de la caja se llevó a cabo con materiales de buena calidad y

todos sus equipos fueron debidamente instalados.

• La caja construida en su totalidad y todos sus sistemas de calefacción

como de refrigeración, funcionaron bajo las temperaturas requeridas sin

presentar ninguna falla.

• Los imprevistos que dieron como resultado un retraso en el cronograma se

efectuaron por causa del incumplimiento de terceros y el traslado de la caja

del taller de refrigeración a la Universidad

• Al final de este proyecto se lograron desarrollar todos los objetivos

propuestos en el proyecto de grado.

• Durante todas las etapas y todo el proceso de construcción de este

proyecto, la retroalimentación y las nuevas experiencias vividas fueron

constantes; al final se cumplieron todos los objetivos y las metas

propuestas.

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8.0 BIBLIOGRAFIA.

• Sonntag, Richard Edwin, Fundamental of Thermodynamics, John Wiley &

Sons, Quinta Edición.

• Incropera, Frank, Fundamentals of Heat and Mass Transfer, John Wiley &

Sons, Cuarta Edición.

• Karlekar, B. V., Transferencia de Calor Mac GRaw Hill, Segunda Edición.

• Norma Técnica ASTM C976 Standard Test Method for THERMAL PERFORMANCE

OF BUILDING ASSEMBLIES BY MEANS OF A CALIBRATED HOT BOX.

• Norma Técnica ASTM C236 Standard Test Method for STEADY-STATE

THERMAL PERFORMANCE OF BUILDING ASSEMBLIES BY MEANS OF A GUARDED HOT

BOX.

• American Society of Heating, Refrigerating and Air–Conditioning Engineers.

1981. DESIGN AND CONSTRUCTION OF A CALIBRATED/GUARDED HOT BOX FACILITY