Termotecnia

1.1 Características de la cámara

Sección 1:
* Largo = 1,5 mt
* Ancho = 2,5 mt
* Alto = 2,5 mt
* Área de transferencia de calor = 17,5mt2
* Volumen = 9,375 mt3

Sección 2:
* Largo = 5,4 mt
* Ancho = 2,5 mt
* Alto = 2,5 mt
* Área de transferencia de calor = 46,75mt2
* Volumen = 33,75 mt3

Asumimos que por debajo de la cámara no se transfiere calor.Aislamiento:
* Chapa de acero pre-pintada: 0,5 mm.
* Poliuretano: 100 mm.

Datos del poliuretano:

* Densidad: 35 [Kgm3]
* Conductividad térmica: 0,02 [WmK]
1.2Especificaciones operacionales
De los datos obtenidos en el laboratorio fuera de la cámara, la temperatura más baja medida fue de 4 grados Celsius y la más alta fue de 29 grados Celsius (falto medir los meses de mascalor), sin embargo, las mediciones extremas obtenidas históricamente en Santiago, han sido aproximadamente dos grados bajo cero y treinta y ocho grados Celsius. A continuación, se trabajará con estas últimas temperaturas, para obtener un resultado en condiciones extremas.
Respecto a la humedad, se midió en el exterior del laboratorio una humedad relativa máxima de 90 % , sin embargo, interesa lahumedad mínima para ponerse en un caso extremo respecto a la humedad requerida. Históricamente la mínima humedad relativa percibida en Santiago es de 30%.

1.3Requisitos bomba calor y calentamiento

1) Transferencias de calor por convección: Q=hA(T-Tp)
2) Transferencia de calor por conducción: Q= -kADTDx

Primer caso:
Tomando como temperatura mínima dos grados Celsius bajo cero, ytemperatura interior de la pared de la cámara 17 grados Celsius.
Por convección exterior:
q1=h*A*(tout-t∞)
Por conducción:
q2=-k*A*(tout-tin)∆x

El coeficiente de convección del aire en reposo puede variar entre 3 y 23 Wm2°C según su humedad. Los valores más elevados corresponde a mayores humedades.
Tomando h = 23 para el aire exterior y temperatura interna igual a 17 °C:
Como: q1= q2tout=k*tin∆x+h*t∞h+k∆x=0,02*2900,1+23*(271)23+0,020,1= -1,836ºC

Luego el calor que deberá ser entregado al sistema en régimen permanente:
q=-k*A*(tout-tin)∆x= 0,02*64,25*18,8360,1=242.043 [W]

Suponiendo que el aire fuera de la camara no estuviera en reposo (corriera un viento muy fuerte), el coeficiente de convección podría llegar a un aproximado de 100 Wm2°C, en ese caso:tout=k*tin+h*t∞h+k= 0,02*2900,1+100*271100+0,020,1=-1,962ºC
Luego el calor que deberá ser entregado al sistema:

q=-k*A*(tout-tin)∆x= 0,02*64,25*18,9620,1=243,662[W]

Segundo caso:
Tomando como temperatura máxima 38 grados Celsius y la temperatura interior de la pared a 23 grados Celsius y un h extremo = 100:
tout=0,02*2960,1+100*311100+0,020,1=37,97ºC
Luego el calor que deberá ser retirado delsistema será:
q=-k*A*(tout-tin)∆x= 0,02*64,25*14,970,1=192,365[W]

En caso de que a una temperatura extrema, se renovara el aire de la cámara; entonces el calor acumulado necesario para cambiar la temperatura de -2 a 20 grados Celsius será:
Suponiendo el aire como gas ideal Cv=0,718 KjKgK

q= 0,718*293-270=16,514 [KjKg]

Peso del aire: 1,24 [Kgm3] y el volumen: 43,125 [mt3]
Luego Peso delaire=1,24*43,125=53,475[Kg]
Entonces calor que se debe acumular dentro para alcanzar los 20 grados:
Eacumulada= 16,514*53,475=883,086 Kj
Esta sería la energía necesaria acumulada para lograr elevar la temperatura dentro de la cámara de menos dos grados a veinte grados Celsius.
∂Eacumulada=∂qentregado- ∂qpierde*∂t
En el caso donde la temperatura es de 38 grados, la diferencia detemperatura es menor para llegar a los 20 grados, por lo tanto el calor retirado será menor que el calculado anteriormente.
1.4 Elección del sistema a implementar.
Para mantener la temperatura dentro de los rangos solicitados, nosotros optamos por una bomba de calor reversible de tipo tierra/ agua de 5KW. Esta bomba siendo una de las más chicas del mercado (favoreciendo al precio), logra transferir el...