Estudio de un invernadero eficiente energéticamente para aplicaciones de calentamiento, enfriamiento y deshumidificación

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  • Publicado : 12 de enero de 2012
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Resumen “Estudio de un invernadero eficiente energéticamente para aplicaciones de calentamiento, enfriamiento y deshumidificación.”
Introducción
En este articulo se va a estudiar el sistema de calefacción utilizado en un prototipo de invernadero, que usa vapor de agua caliente y radiación. Utiliza agua caliente o vapor suministrado por redes de tuberías hacia calentadores de aire, interiores alinvernadero. Este sistema tienen un gran potencial porque los podemos usar como calefacción, refrigeración y deshumidificación. El uso de las bombas de calor ahorra un 20-50% de energía en muchas operaciones térmicas comparado con los sistemas tradicionales. Estudiaremos el rendimiento de un par de bombas de calor dentro de un invernadero. Las unidades a estudiar son: el coeficiente derendimiento de la bomba (a partir de ahora COP), se estudiará en función de las condiciones ambientales, y el consumo específico de energía (SEC), que proporciona información sobre la cantidad de energía requerida par extraer un kilogramo de humedad. También se determinarán las capacidades del evaporador y del condensador.

Materiales
Una vez conocidos los parámetros a estudiar debemos fijar el materiala utilizar. El invernadero de prueba va a estar localizado en Bangkok. La cubierta será a dos aguas, orientación esteoeste, sus dimensiones serán cuarenta metros de longitud y seis de anchura. La altura en el punto mas alto de la cubierta será de tres metros y en las paredes de dos. La superficie interior de suelo será de 240 m2 y tendrá un volumen interior de 600m3. Como se ha sugerido antes, lascaracterísticas del ambiente son importantes en el estudio por lo que nos detenemos para hacerles una referencia. La densidad del aire se tomó como 1.16 kg/m3 , su capacidad calorífica es de 1.006 KJ/Kg K y la del cultivo se tomó de 4.18KJ/Kg K. La temperatura necesaria en el invernadero diaria será de 27ºC, la nocturna de 18ºC y la humedad relativa del 40%. Los factores importantes delinvernadero tenidos en cuenta fueron el suelo de cultivo, las propiedades del cultivo, el aire del invernadero y el material de revestimiento. El cultivo que se usó en el estudio fueron una flor, una verdura y un tipo de hierba. Se asumió que como la mayor parte de la planta es agua, en el análisis térmico que eran equivalentes a masas de agua. Otros parámetros fueron tomados en cuenta, como lareflectividad, emisividad y transmitancia del material de las paredes del invernadero, por ello se usó una lámina de LDPE. Las paredes se hicieron con este material estabilizado a los rayos UV con tamaños de agujeros de 0.14mm x 0.14mm.

Modelo del ambiente térmico del invernadero
Como modelar ambientalmente un invernadero es un proceso muy complicado por los intercambios de masa y de energía temporales,se recurrió al modelo numérico unidimensional basado en el trabajo de Takakura, para el caso del ambiente térmico interior sin ningún sistema artificial. Se modelaron ecuaciones basadas en los intercambios de energía a 12 capas

verticales en el invernadero, desde el aire exterior al suelo. Los pasos seguidos fueron los siguientes: 1. Se pusieron los datos del tiempo de Bangkok (Asia) parasimular el ambiente térmico externo. 2. Para la tasa de infiltración de aire del efecto invernadero se utilizó el método de Stocker y Jones. 3. Se tuvieron en cuenta los efectos de una superficie inclinada en las radiaciones por el método de Liu y Jordania. Las hipótesis tomadas a la hora de formular el modelo matemático fueron: 1. El aire del invernadero se mezcla idealmente. 2. No hayestratificación de la temperatura de las plantas, cubiertas y otros componentes. 3. El análisis se basó en el cuasiestado de equilibrio dentro de el comportamiento del efecto invernadero y los efectos transitorios a intervalos pequeños de tiempo no fueron considerados. 4. La pérdida de calor dentro del invernadero, en sentido vertical se supone en estado estacionario.

Modelo de bomba de calor
La mayoría...
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