Paper-Aire-Acondicionado-Amigable2

“Construcción y adaptación al medio del prototipo AIRE
ACONDICIONADO AMIGABLE, basado en proyectos Honey
Bee”
ADRIAZOLA MATTOS, Carlos
Universidad Nacional de Ingeniería
Escuela de Ingeniería Industrial
Teléf. :( 511) 995258742
Lima-Perú
matitos123@hotmail.com
ESCOBAR CANCHAYA, Brusett
Universidad Nacional de Ingeniería
Escuela de Ingeniería Industrial
Teléf. :( 511) 964333637
Lima-Perú
bushmanuel@gmail.com
ENCISO ÑAUPAC, Irvin
Universidad Nacional de Ingeniería
Escuela de Ingeniería Industrial
Teléf. :( 511) 995256303
Resumen
El presente proyecto tiene como finalidad adaptar al medio el
prototipo de un aire acondicionado eco amigable a través de su
construcción y diseño. El cual además, está dirigido a personas
que viven en Asentamientos Humanos de la ciudad de Lima
Metropolitana.
El aire acondicionado eco amigable ha sido tomado del
proyecto social Honey Bee. El prototipo se configura de la
siguiente manera: Es un dispositivo de refrigeración de aire
cuya características principales son facilidad de transporte y
poco peso. Su bajo consumo de energía y corto tiempo de
encendido hace que sea muy económica respecto a otros
productos de ventilación y refrigeración.
Para el desarrollo de este prototipo se han utilizado
herramientas desarrolladas en el curso, como el análisis
funcional, casa de la calidad, matriz QFD y TRIZ.
Este prototipo tiene como objetivo, ayudar a la población de
bajos recursos y que viven en zonas con altos niveles de
temperatura, de manera que se presenta como una alternativa
para mejorar su calidad de vida y ayudar a combatir sus
necesidades.
Palabras Claves: Aire acondicionado – Honey Bee –
Refrigeración
Abstract
This project aims to adapt to the environment as a prototype of a
conditioner air through his eco friendly construction and design.
Which is also aimed for people who live in Human Settlements
of the city of Lima.
The eco-friendly air conditioning has been taken of the social
project Honey Bee. The prototype is configured as follows: It is
an air cooling device whose key features are portability and
GALARZA LÓPEZ, Yessira
Universidad Nacional de Ingeniería
Escuela de Ingeniería Industrial
Teléf. :( 511) 941463683
Lima-Perú
ygalarza94@gmail.com
ESTRADA MOSCOSO, Paul
Universidad Nacional de Ingeniería
Escuela de Ingeniería Industrial
Teléf. :( 511) 941486161
Lima-Perú
paulhestrada@gmail.com
light weight. Its low power consumption and short on time
makes it very economical compared to other cooling and
ventilation products.
For the development of this prototype is developed tools have
been used in the course, such as functional analysis, House of
Quality, QFD and TRIZ matrix.
This prototype wants to help low-income people who live in
areas with high temperature, so that presents itself as an
alternative to improve their quality of life and help combat your
needs.
Keywords: Air Conditioning – Honey Bee – Cooling
Descripción de las Necesidades
El proyecto está dirigido a las viviendas dirigidas que se
encuentran en los distritos alejados del centro de Lima, como lo
son San Juan de Lurigancho, Villa María del Triunfo, Villa el
Salvador, Jicamarca, Pachacamac, Lurín, Carabayllo,
Ventanilla, Cieneguilla. Estos distritos se caracterizan por
poseer un clima más caluroso en verano respecto al resto de
distritos de Lima. Además su población posee, en su mayoría,
un nivel socioeconómico es bajo, lo que hace que el aire
acondicionado amigable tenga ventajas respecto a cualquier otro
aparato de refrigeración, como lo son el aire acondicionado o
ventiladores de techo comunes. Es por ello que el presente
producto, por su bajo costo en consumo de energía. Podría ser
una gran alternativa para el uso de comunidades como éstas y a
su vez podría gozar de gran aceptación en los distritos.
En el caso de Lima, el uso más común, es definitivamente en el
caso de las viviendas rurales, dado que existen una gran cantidad
de viviendas ubicadas en asentamientos humanos, los cuales
pertenecen en su mayoría a zonas aledañas de la ciudad donde
las características de vivienda son sumamente precarias y la
calidad de vida de sus habitantes es deficiente.
Debido a que el aire acondicionado amigable es un producto de
ventilación, se propone como su campo de aplicación zonas que
presenten clima seco y caluroso. Dado que lo que se pretende es
dar ayuda a comunidades con niveles socioeconómico bajos
para mejorar su calidad de vida.
Esto además se fundamenta en las grandes ventajas de este
producto innovador, tales como su bajo requerimiento de
energía eléctrica para funcionar, en comparación a otros
enfriadores comunes y su precio no elevado en comparación a
otros productos existentes en el mercado, como el aire
acondicionado. Todo ello con el fin de que pueda tener gran
impacto en los sectores económicos más bajos de la capital.
Ofreciendo un producto de calidad, de precio y consumo
energético realmente bajos.
Descripción del Producto
El “Aire Acondicionado Amigable” es un dispositivo de
refrigeración de aire que se sujeta en el ventilador casero
mediante tubos de cobres la cual puede ser colocada en
cualquier parte de la casa. El producto trabaja gracias a la
capacidad del cobre de absorber gran cantidad de calor lo que
hace que se utilice como medio de enfriamiento en
refrigeradores y sistemas de aire acondicionado. El Aire
acondicionado amigable está accionado bajo un suministro de
agua continua (Bomba de agua) la cual hace posible el re circula
miento del agua.

Componentes





Bomba de agua
Ventilador
Tubos de cobre
Cintillos de seguridad
Tina

Especificaciones Técnicas
Bomba de Agua
220V – 5W – Altura máxima
de 1 metro.
Ventilador
220V
Tina
Capacidad 10.8 L
Descripción Funcional
El enfriamiento se realiza mediante el principio de absorción del
calor por parte de los tubos de cobre.
El “Aire Acondicionado Amigable” comprende una bomba de
agua sumergible, un recipiente que contiene agua el cual facilita
el recirculamiento a través de los tubos de cobre, que gracias a
sus propiedades permiten enfriar el flujo de aire producido por
el ventilador.
Las ventajas principales son su facilidad de transporte y poco
peso, pero lo más atractivo es su bajo consumo de energía y
corto tiempo de encendido. Debido a que los materiales no son
complicados de conseguir y su elaboración es medianamente
sencilla hace que sea económicamente accesible respecto a otros
productos de ventilación y refrigeración.
Adaptaciones al entorno
Ese producto novedoso fue adaptado a ser algo más barato y
más accesible que su concepción original, de aquella patente
india en la que nos enfocamos a inicios de curso.
Originalmente esta debía funcionar en base a la evaporación de
agua que pase por unas “fibras de madera”. Pero en el camino
nos encontramos con un gran problema: Las fibras de madera no
son tan accesibles en Perú y además su costo debido a la
importación es alto, como también el adquirir los productos para
su mantenimiento.
Por ello decidimos adaptar el inicial “techo cooler” a un “aire
acondicionado amigable” el cual tiene el mismo concepto de
intercambio calórico con el aire a través de agua fría, pero en
vez de circularlo con “fibra de madera de álamo” lo hicimos con
tubos de cobre, debido a que este es más barato y además el
cobre es un gran conductor de calor.
Marco Teórico de la Experiencia
El “aire acondicionado amigable” tiene como base la teoría de la
transferencia de calor:
La transferencia de calor se produce normalmente desde un
objeto con alta temperatura, a otro objeto con temperatura más
baja. La transferencia de calor cambia la energía interna de
ambos sistemas implicados, de acuerdo con la primera ley de la
Termodinámica.
Acero inoxidable
16,3 W/m2 ºC
Hierro
63,0 W/m2 ºC
Cobre
386,0 W/m2 ºC
Para un tubo, la transferencia de calor:
La primera ley hace uso de los conceptos claves de energía
interna, calor, y trabajo sobre un sistema. Usa extensamente el
estudio de los motores térmicos. La unidad estándar de todas
estas cantidades es el julio, aunque algunas veces se expresan en
calorías o BTU.
En los textos de Química es típico escribir la primera ley como
ΔU=Q+W. Por supuesto que es la misma ley, -la expresión
termodinámica del principio de conservación de la energía-.
Exactamente se define W, como el trabajo realizado sobre el
sistema, en vez de trabajo realizado por el sistema. En un
contexto físico, el escenario común es el de añadir calor a un
volumen de gas, y usar la expansión de ese gas para realizar
trabajo, como en el caso del empuje de un pistón, en un motor
de combustión interna. En el contexto de procesos y reacciones
químicas, suelen ser mas comunes, encontrarse con situaciones
donde el trabajo se realiza sobre el sistema, mas que el realizado
por el sistema.
La conducción del calor
Entonces con nuestros datos, para un tubo de cobre de 2 m:
La conducción es la transferencia de calor, por medio de la
excitación molecular en el interior del material, sin ningún tipo
de movimiento entre los objetos. Si un extremo de una barra de
metal está a una temperatura más alta, entonces se transferirá
energía hacia el extremo mas frío, debido a las colisiones de
partículas de alta velocidad con las más lentas, produciéndose
una transferencia neta de energía hacia estas últimas. En una
transferencia entre dos superficies planas, como la pérdida de
calor a través de las paredes de una casa, la tasa de transferencia
de calor por conducción es:
= calor trasnferido en el tiempo =
= conductividad térmica de la barrera
= área
= temperatura
= grosor de la barrera
Conductividad térmica de distintos materiales
Materiales
Coeficiente "K"
diam mayor
0.02 M
diam menor
0.01 M
temp ambiente
temp interna
k cobre
Q/t = 31762.27
24 °C
18 °C
386 W/m °C
Calor específico:
El calor específico es una magnitud física que se define como la
cantidad de calor que hay que suministrar a la unidad de masa
de una sustancia o sistema termodinámico para elevar su
temperatura en una unidad. En general, el valor del calor
específico depende del valor de la temperatura inicial. Se le
representa con la letra c (minúscula).
El calor específico medio, correspondiente a un cierto intervalo
de temperaturas
, se define en la forma:
Entonces cuando uno sienta que el ventilador arroja una briza a
meno temperatura, lo que sucede es que el mismo movimiento
del aire te refresca. Ya que por mucho que el aire se remueva en
una habitación, el aire no cambiara de temperatura, por más
ventiladores que se pongan en ella.
Los ventiladores producen flujos de aire con alto volumen y baja
presión, a diferencia de los compresores que producen altas
presiones a volúmenes comparativamente bajos. Las aspas de un
ventilador generalmente rotarán al ser expuestas a una corriente
de aire.
“Se alcanza el equilibrio térmico más rápido con el ambiente de
la habitación”
Esto solo funciona si
Personas a alta temperatura
La cantidad de calor asociada con un cambio de temperatura del
sistema desde la temperatura inicial
mediante la integral siguiente:
a la final
Temperatura de la habitación menor al de las personas
se calcula
En un intervalo donde la capacidad calorífica sea
aproximadamente constante la fórmula anterior puede escribirse
simplemente como:
Entonces, para el aire, a presión constante y a una temperatura
de 0 a 50 °C, su calor especifico es de 1000 J/kg °C. Densidad
del aire = 1.29 Kg/m3
Entonces para un cuarto de 20m2, tendríamos el siguiente
ejemplo:
¿Qué aporta de nuevo?
Usando la función de un ventilador, este producto “aire
acondicionado amigable” lo que aporta es que baje la
temperatura de la habitación por medio de la transferencia de
calor a partir del agua fría circulando por tubos de cobre.
Como vimos, se transfiere el calor al aire y esta hace que baje la
temperatura de la habitación debido a que el agua está a menor
temperatura que la habitación.
Sería conveniente usar agua con una temperatura bastante baja
en comparación al ambiente para que los efectos sean mucho
más notorios y se logre bajar la temperatura de la habitación
mucho más.
Comparación con otros productos análogos y afines
Densidad del aire = 1.29 kg/m3
Masa = 25.8 Kg
Entonces como:
Calor
31762.27
Masa
25.8
C especif
1000
La variación De temperatura debería ser de = 1.29 °C, pero todo
ello si la temperatura del agua no varía en lo más absoluto, y
además se tiene un cuarto cerrado y vacío.
¿Cómo funciona un ventilador?
Cuando uno se para al lado de un ventilador, lo que uno siente es
bastante interesante. Uno piensa que todo el cuarto se está
poniendo más frio o que ha bajado la temperatura del mismo.
Pero en verdad, es el cuerpo de la persona el que se está
poniendo más frio. La razón de esto es que el ventilador ayuda a
circular el aire mucho más rápido, lo cual ayuda a que se
evapore la transpiración que se halla en la superficie de nuestra
piel.
La comparación más típica que se puede realizar, es compararlo
con el popular sistema de aire acondicionado, el cual tiene varias
ventajas como la presentación, su uso bastante comodo al contar
con control remoto y regulador de la temperatura deseada. Pero
¿Qué ventajas sobre este excelente producto tiene el “aire
acondicionado amigable”?
Este producto, de lejos, le permite ahorrar mucho dinero debido
a que la factura de energía no le vendrá tan alta. Utiliza menos
electricidad que los típicos aires acondicionados.
Los materiales con los que se ha hecho son de los más baratos,
no son difíciles de encontrar así que para nuestro público
objetivo es bastante accesible. Además de que los materiales,
aparte de ser accesibles, son bastante económicos.
Otra ventaja de este producto es que su proceso de construcción
no es nada del otro mundo, no se necesita maquinaria
especializada o gran conocimiento técnico para el ensamble. Lo
que se necesita son las ganas de construir un producto innovador
que le ayudara a alejar esos días de calor extremo en verano.
El aire acondicionado también perjudica al medio ambiente. Los
climatizadores consumen mucha energía eléctrica, lo que hace
que se emita más CO2 a la atmósfera y se agrave por lo tanto el
calentamiento global. Los aires acondicionados echan calor a la
calle, mientras que el aire que han cogido caliente lo
transforman en frío. Al liberar este aire caliente a la superficie,
estos expulsos gases que dañan la capa de ozono, y que dan más
calor a la superficie.
Patentes
No se encontró patentes de productos similares al nuestro en el
Perú. Sin embargo sí se logró encontrar en diferentes puntos
alrededor del mundo. A continuación se muestran estas patentes
encontradas, junto con la fuente de consulta: