PROYECTO TERMODINÁMICA IITÍTULO:

ELECCIÓN DEL SISTEMA DE AIRE ACONDICIONADO PARA UN BUS DE LA METROVÍA

INTEGRANTES:• NIXON ALVIA

• MICHELLE TRUJILLO• DANIEL SORIANO• MIGUEL TULCÁN• JAIME ANDRADE

CAPÍTULO I: ENUNCIADO DEL PROBLEMA

Desde un principio, la necesidad de movilización siempre ha sido un problema básico de la sociedad; dentro del ámbito personal, todas las personas tenemos la urgencia de trasladarnos de un lado a otro para llevar a cabo la mayor parte de nuestras actividades diarias. Con el desarrollo urbano e industrial vinieron, como consecuencia, una gran variedad de invenciones destinadas para alivianar los problemas de la sociedad; entre éstas se encuentra el transporte público.

Es de conocimiento general que hoy en día el transporte público más usado en Guayaquil es el “Sistema Integrado de Transporte Masivo Urbano de Guayaquil”, o mejor conocido como “Metrovía”. Sin embargo se escucha constantemente malestares que aquejan el viaje de los usuarios de este servicio, uno de estos problemas principalmente es el calor presente dentro del bus articulado.

Este problema acarrea un ambiente de provocación y de fatiga a los usuarios de este servicio, reduciendo la eficiencia de los mismos al momento de transportarse hasta su lugar de trabajo o a sus hogares. Es por esto que los usuarios están insatisfechos con el servicio de acondicionamiento de aire que se les brinda dentro de los buses del “Sistema Metrovía”; debido a las altas temperaturas que se perciben en los mismos, sin ayudar de mucho los ventiladores instalados en estos.

CAPÍTULO II: DESCRIPCIÓN TERMODINÁMICA DEL PROBLEMA

Cuando viajamos en el Sistema de la Metrovía, resulta obvio notar como a medida que aumenta el número de pasajeros en el bus articulado, el calor dentro de dicho bus también aumenta, para explicar mejor este fenómeno, es necesario definir principalmente qué es el calor específico.

El calor específico es la energía necesaria para elevar 1 °C la temperatura de un gramo de materia. El calor específico es un parámetro que depende del material y relaciona el calor que se proporciona a una masa determinada de una sustancia con el incremento de temperatura:

donde:Q: el calor aportado al sistema.m: la masa del sistema.C: el calor específico del sistema.Tf & Ti: las temperaturas inicial y final del sistema respectivamente.dT: el diferencial de temperatura.

Las unidades más habituales de calor específico son J / (kg · K) y cal / (g · °C).

El calor específico de un material depende de su temperatura; no obstante, en muchos procesos termodinámicos su variación es tan pequeña que puede considerarse que el calor específico es constante.

Aplicando esta fórmula a nuestro problema a solucionar, se tiene que la variación de temperatura no va a cambiar, ya que el bus articulado y los pasajeros estarán siempre a la misma temperatura, al igual que el calor especifico siempre será el mismo, por lo cual, para nuestro caso en particular obtendremos que el calor dependerá únicamente de la masa que entre o salga de nuestro sistema.

Debido a que la temperatura que “siente” una persona en el medio que le rodea no es directamente la temperatura del aire, sino que también está influenciada por las temperaturas de las superficies que conforman el lugar, el calor que “sentirán” los usuarios de este sistema dependerá de muchos factores.

CAPÍTULO III: PLANTEAMIENTO DE LA SOLUCIÓN

Nuestra propuesta para solucionar el problema consiste en diseñar la instalación de un acondicionador de aire, para cada bus del  Sistema Integrado de Transporte Urbano Masivo de Guayaquil - “Sistema METROVÍA”.

Para lo cual, nos planteamos los siguientes objetivos que nos ayudaran a conseguir dicha solución:

1. Analizar la capacidad calculada de usuarios que los buses del “Sistema Metrovía” transportan, en comparación con la capacidad real de usuarios.

2. Aproximar el calor corporal producido por la capacidad real de usuarios que transportan los buses del “Sistema Metrovía”.

3. Calcular la potencia que debe producir un acondicionador de aire respecto al calor corporal de la capacidad real de usuarios que utilizan el “Sistema Metrovía”

4. Proponer un modelo de acondicionamiento de aire; para reducir la pérdida de energía y sea eficaz el acondicionador.

CAPÍTULO IV: DESARROLLO DE LA SOLUCIÓN

1. LA INVESTIGACIÓN DE LOS CONCEPTOS A APLICARComo se dijo anteriormente, nuestro principal problema a solucionar es el calor producido dentro del bus articulado, por lo cual es necesario tener en claro los siguientes conceptos:• Sensación Térmica• Aire Acondicionado

a) Compresor b) Evaporador

Tipos: Serpentín múltiple de tubos y aletas   Serpentín de tubo plano foliculado con aletas Panal de placas y aletas

c) Válvula de expansión (o de laminación)d) Condensador

La condensación de un vapor puede producirse en varias formas: Extrayendo calor Aumentando la presión y manteniendo la temperatura constante   Combinando ambos métodos.

e) Diversos elementos de regulación, tuberías, agente frigorífico

2. TOMA DE DATOS EXPERIMENTALESPara la obtención de estos datos se realizó el siguiente procedimiento:

1. Se eligió una Parada de la Metrovía de referencia.2. Una vez establecida la referencia, se tomó la temperatura ambiente que había en la

estación, la cual fue de 34ºC.3. Se procedió a tomar un bus articulado, el cual estaba relativamente lleno, con el objetivo

de tomar los datos de temperatura y tiempo que necesitamos.4. Se procedió a tomar los valores de temperatura y tiempo que había en el trayecto de

estación a estación. Este procedimiento se realizó para 5 paradas de la Metrovía.5. Al concluir la quinta parada, se procedió a realizar el mismo procedimiento pero con

trayectoria de regreso a la estación de referencia.En base a este procedimiento, se obtuvieron los datos que se muestran a continuación:

Tabla 1.- Datos Obtenidos

Tabla 2.- Medidas del Bus

Tabla 3.- Capacidad de pasajeros

3. TOMA DE DATOS EXPERIMENTALES

Donde:U: Coeficiente global de transferencia de calor (W/m2 ºK)A: Área total de cada elemento (m2)T.out: Temperatura exterior (ºC)T.in: Temperatura interior (ºC)

Tabla 4.- Coeficiente de transferencia de calor de diferentes

fuentes

Tabla 5.- Ganancias debidas a los ocupantes

Por lo cual, el calor total por parte de los usuarios del sistema será igual a:

Donde;

Este cálculo se tiene que hacer tanto para pasajeros de pie, como sentados.Para calcular el calor total del interior del bus se determinará mediante la suma de:

A continuación se establecen los cálculos:

Tabla 6.- Datos usados para el cálculo del calor de los usuarios

Por lo cual, el calor total por parte de los usuarios del sistema será igual a:

29485 W

Para el cálculo del calor de las paredes y ventanas se usaron los siguientes datos:

Tabla 7.- Datos usados para el cálculo del calor de las ventanas

Para el cálculo del calor de las paredes y ventanas se usaron los siguientes datos:

Para el cálculo de las paredes del bus, se tiene que el área total del bus articulado es: 157.464 m2.

CAPÍTULO V: ANÁLISIS DE RESULTADOS

Una vez obtenido el cálculo del calor dentro del interior del bus, se puede proceder a calcular los valores de potencia y trabajo del aire acondicionado:El COP de nuestro aire acondicionado será:

Además, el trabajo que necesitará nuestro acondicionador de aire será:

Para transportar calor desde un foco a baja temperatura a otro a alta temperatura es necesario la aportación de energía Interviene un fluido, refrigerante, que sufre una serie de transformaciones termodinámicas.

Cada refrigerante tiene un comportamiento definido y diferente, en este caso se utiliza R-134a debido a sus propiedades para el enfriamiento de nuestro sistema.  Los ciclos evitan la reposición continua del refrigerante. Los métodos empleados para la producción de frío aplicado en el aire acondicionado se basa en el ciclo de compresión del vapor.

Basado en los cambios de estado (líquido-vapor y vapor-líquido) de una sustancia (fluido refrigerante). • Compresión • Condensación • Expansión • Evaporación Subenfriamiento: salida del condensador, asegura líquido en la Val. Expansión. Recalentamiento: salida del evaporador, asegura vapor en el Compresor. Ciclo real: • Con pérdidas de presión en condensador y evaporador • La compresión no es isentrópica • La expansión no es isentálpica

Los límites de funcionamiento de un equipo son:• En el evaporador: la T de la cámara > T del refrig • En el condensador: la T ambiente < T del refrig Para calcular el rendimiento del ciclo de compresión hay que conocer las energías y los calores; El calor extraído de la cámara es: (h1 - h4 ) (kJ/kg);  El calor cedido al exterior es: (h2 – h3 ) (kJ/kg);  El trabajo útil del compresor es: (h2 – h1 ) (kJ/kg)

Los límites de funcionamiento son TL=25°C y TH=35°C

P1=0.14MPa   h1=219.16 kJ /kgP2 =0.8 MPa   s2= s1   h2= 275.39 kJ /kg P 3= 0.8 MPa  h3=h4= h0.8 MPa =95.47 kJ /kg

De acuerdo a la comparación de los cálculos del COP ideal con el real se observa que tienden a acercarse los valores y la elección es correcta de nuestro sistema de refrigeracion por compresion de vapor, teniendo en cuenta estos límites de trabajo para el fluido refrigerante que en este caso es R-132a.

•Alternativas: A)  Equipo todo en uno,  montado en el techo del bus (Rooftop Unit). B)  Equipo, partes distribuidas en todo el bus, montado en el maletero del bus (horizontal) C)  Equipo todo en uno, montado en la parte posterior del bus (vertical) D)  Equipo, partes distribuidas en todo el bus, montado en el maletero del bus (vertical)

•Criterios de Selección: I.         Facilidad de montaje II.        Mantenimiento III.       Facilidad para la distribución de aire IV.      Cercanía al motor V.       Dimensiones VI.      Costos

Como  se  establece  en  el  punto  anterior,  el  equipo  seleccionado  es  una  unidad que  se  coloca  en  el  centro  del  techo  del  bus,  esta tipo  de  unidad  es  conocida como Rooftop.

CAPÍTULO VI: CONCLUSIONES

Para el uso de este aire acondicionado se necesitaría un alza del precio del pasaje porque si bien la potencia para que este trabaje lo obtendrá del bus (lo que hará que el bus disminuya su potencia de arranque) necesitará de más combustible que es el diesel.El impacto ambiental que esto causaría sería muy grande debido a la mayor cantidad de combustible consumido por cada bus, pero así como causará un impacto ambiental, también habrá un impacto social bueno, ya que las personas se sentirán más cómodas al momento de usar este servicio lo que mejorará notablemente su desempeño laboral ya que este servicio es usado por la gran mayoría de Guayaquileños.Es recomendable el uso de este tipo de equipos para mantener la refrigeración pero faltaron ciertos análisis como el calor producido por las infiltraciones durante el embarque y desembarque de los usuarios, considerando que estos aspectos influyen en un gran porcentaje acarreará problemas más grandes como el daño de los equipos por el abuso excesivo de los habitantes al usar este medio de transporte.