UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA “SUMINISTRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A UN EQUIPO DE AIRE ACONDICIONADO MEDIANTE ENERGÍA EÓLICA“ TESIS Que para obtener el título de: INGENIERO MECÁNICO ELÉCTRICISTA PRESENTA: ENOC ABIASAF VIDAL LÓPEZ DIRECTOR: ING. JORGE ARTURO DEL ÁNGEL RAMOS. XALAPA, VER. FEBRERO 2012 2 Dedicatoria y agradecimiento A mis padres: Quienes significaron mi templo de fortaleza, pilares de apoyo y fuente de energía. Su presencia diaria le da un nuevo giro a mi vida. A mi hermano Víctor: Por ser mi fiel compañero de aventuras y a quien admiro su lucha diaria por salir adelante y estar a mi lado cuando lo necesito. . 3 Índice INTRODUCCIÓN .............................................................................................................................. 6 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. .......................................................................................... 6 JUSTIFICACIÓN. ............................................................................................................................. 7 HIPÓTESIS. ...................................................................................................................................... 8 OBJETIVO GENERAL. .................................................................................................................... 8 OBJETIVO PARTICULAR............................................................................................................... 8 METODOLOGÍA. .............................................................................................................................. 9 1. CAPÍTULO I: ANTECEDENTES .......................................................................................... 10 1.1 ENERGÍA EÓLICA. ............................................................................................................. 10 1.2 ENERGÍA EÓLICA EN LATINOAMÉRICA ...................................................................... 12 1.3 ENERGIA EÓLICA EN MÉXICO ....................................................................................... 13 1.4 SITUACIÓN ACTUAL.......................................................................................................... 13 1.5 AIRE ACONDICIONADO. .................................................................................................. 16 1.6 DESCRIPCIÓN DEL EMPLAZAMIENTO. ....................................................................... 19 2. CAPÍTULO II: CÁLCULO DE CARGA TÉRMICA ............................................................. 23 2.1 TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONDUCCIÓN DENTRO DEL INMUEBLE .. 24 2.2 CARGA TÉRMICA DE MISCELÁNEOS .......................................................................... 39 2.3 TRANSFERENCIA DE CALOR POR ILUMINACIÓN .................................................... 42 2.4 TRANSFERENCIA DE CALOR DEL CUERPO HUMANO ........................................... 47 2.4.1 CONDUCCIÓN TÉRMICA. ............................................................................................. 48 2.5 INTERCAMBIO POR RADIACIÓN. .................................................................................. 51 2.6 INTERCAMBIO POR CONVECCIÓN. ............................................................................. 51 2.7 INTERCAMBIO POR EVAPORIZACIÓN......................................................................... 53 2.8 CÁLCULO DEL TOTAL DE LA TRANSFERENCIA DE CALOR DEL CUERPO HUMANO. .................................................................................................................................... 54 2.9 TRANSFERENCIA DE CALOR TOTAL ........................................................................... 55 3. CAPÍTULO III: CÁLCULO DEL AIRE ACONDICIONADO ............................................... 58 4. CAPÍTULO IV: CÁLCULO DEL RECURSO EÓLICO Y ENERGÍA DISPONIBLE ....... 61 4.1 ENERGA ÚTIL DEL VIENTO ............................................................................................. 62 4.2 Distribución de la frecuencia de la velocidad de viento. ................................................ 65 5. CONCLUSIÓN ........................................................................................................................ 76 4 6. ANEXOS .................................................................................................................................. 78 8 BIBLIOGRAFÍA Y REFERENCIAS. ......................................................................................... 93 5 INTRODUCCIÓN Hoy en día la energía eólica se está convirtiendo, cada vez más, en una fuente muy importante dentro de la energía renovable y aun más importante, está disponible en todas partes. La producción de energía eléctrica a través del viento normalmente se asocia con la imagen de numerosos y grandes aerogeneradores, que se encuentran formando los denominados parques eólicos. Sin embargo, también se pueden utilizar instalaciones eólicas de pequeño tamaño para dicho fin. Acostumbrados a las turbinas eólicas, es fácil olvidar el papel tan importante que desempeñan los aerogeneradores pequeños. La potencia de estas máquinas oscila desde apenas unos kilowatts hasta el centenar y resultan muy útiles en casas aisladas, ranchos, granjas, sistemas de comunicación y otras aplicaciones para el autoconsumo, el problema radica que son muy pocos los usuarios con equipos conectados a la red. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. Uno de los aspectos más importantes del ser humano moderno es el buscar siempre comodidad en su vida. El humano desarrolla tecnología que le ayudan en cada aspecto de su vida. Construye herramientas para facilitar su trabajo, vehículos para facilitar su movilidad e instrumentos que los entretengan y, de esta misma manera, desarrolla equipos que hagan más confortable su vida como es el caso de los equipos de aire acondicionado. En estos tiempos, en una amplia parte de la Republica Mexicana, las familias utilizan sistemas de aire acondicionado para refrescar el ambiente interno de sus hogares, haciendo más placenteros los días del año en que la temperatura aumenta considerablemente. Utilizar un sistema de aire acondicionado también conlleva un mayor gasto de energía en el hogar, esto hace que la familia gaste más dinero en su consumo de 6 energía y por tal motivo, muchas veces el pensar en dichos equipos se convierte en un sueño y en caso de que ya tengan instalado un equipo, se convierte en un adorno ya que sólo se utiliza en ocasiones muy especiales o en ocasiones que lo ameriten de verdad. Es por tal motivo que se busca soluciones factibles y eficientes para poder contrarrestar dichos aspectos negativos que conlleva el querer tener una vida más cómoda. Es por eso que se pensó en climatizar una casa habitación en su totalidad pero no alimentarlos de la manera convencional, sino que el suministro de energía sea de manera independiente, con un sistema que no fuera convencional. Un sistema que no dependiera de los combustibles fósiles para generar la electricidad, ya que eso significaría un gasto de dinero continúo en la generación. Es por eso que se optó por algún tipo de energía renovable para generar electricidad y, dado que en el lugar donde está localizada dicha casa habitación que se pretende climatizar se encuentra en el puerto de Veracruz, se optó por la de generar electricidad mediante energía eólica, ya que dicha zona posee un considerable potencial de energía eólica capaz de satisfacer la demanda de la casa. Es por eso que se propone la tarea de climatizar una casa habitación ubicada en el puerto de Veracruz alimentando los equipos de aire acondicionado con energía generada a partir de la energía del viento. JUSTIFICACIÓN. En vista de cómo se muestran las tendencias climáticas actuales en las que cada año que transcurre la temperatura aumenta más y más, es necesario tomar ciertas medidas. Las corrientes ideológicas actuales han evolucionado a ideas responsables con el entorno y el medio ambiente. El uso de combustibles fósiles disminuye mientras que se le da más importancia y distribución a las energías renovables como una medida necesaria para no afectar al medio ambiente. 7 Es por eso que se decidió utilizar una energía renovable, como es el caso de la energía eólica, para alimentar los equipos de aire acondicionado y así demostrar que este tipo de energía puede ser utilizada tanto en grandes proyectos como en proyectos pequeños y aislados. De esta manera no solo estamos concientizando el aspecto ecológico, sino el humano también. Ya que tomamos en cuenta un aspecto fundamental, que ya se ha expuesto anteriormente, que es el tema de la comodidad del ser humano. Así, no solo cuidamos el medio ambiente, sino le damos un ambiente más agradable en donde vivir a las personas. Y si se quiere proyectar a grandes dimensiones, no solo en donde vivir, sino en donde trabajar o estudiar o en cualquier instalación de cualquier tipo que desee tener un equipo de aire acondicionado y quiera cuidar el medio ambiente al mismo tiempo. HIPÓTESIS. La zona del puerto de Veracruz es un emplazamiento factible para la utilización de aerogeneradores para proyectos aislados de generación de energía eléctrica. OBJETIVO GENERAL. Demostrar que la energía eólica puede generar la energía necesaria para alimentar los equipos de aire acondicionado en una casa habitación. OBJETIVO PARTICULAR. Se espera exponer brevemente los antecedentes de la energía eólica, así como la función de un equipo de aire acondicionado. Se explicará de manera clara y 8 detallada los cálculos que se desarrollaron para establecer los lineamientos a seguir dentro de este trabajo. METODOLOGÍA. Se tomará como referencia una casa habitación situada en el puerto de Veracruz. Con ayuda del plano arquitectónico y de mediciones de temperatura del interior y del exterior de la casa, se calculara la transferencia de calor existente entre el medio ambiente y la casa. Se tomara en cuenta también, la transferencia de calor que genera la iluminación de la casa e incluso las mismas personas que habitan dicho lugar. Una vez obtenido la transferencia de calor total para cada habitación de la casa, se procederá a decir cuál es la mejor opción para climatizar cada parte de la casa. Qué tipo de equipo y de qué capacidad sería la idónea para un ambiente agradable, sin llegar al extremo. Una vez obtenido la carga instalada total que se requerirá para alimentar los equipos de aire acondicionado, se calculará que tipo de aerogenerador será el adecuado para satisfacer dicha demanda. Una vez establecido que tipo de aerogenerador y conociendo todos sus datos técnicos, se entrará a la tarea de evaluar el emplazamiento para verificar si en dicha zona un aerogenerador de las características que necesitaremos es eficiente o mejor dicho, si el aerogenerador que necesitamos puede generar la energía necesaria que requiere la casa para alimentar los equipos de aire acondicionado en ese especifico lugar. 9 CAPÍTULO I: ANTECEDENTES 1.1 ENERGÍA EÓLICA. La energía eólica es la energía cinética generada por el efecto de las corrientes de aire. Esta energía se obtiene del aprovechamiento del viento. La energía eólica es una forma indirecta de energía solar, ya que son las diferencias de temperatura y de presiones en la atmósfera, provocadas por la absorción de la radiación solar, las que ponen al viento en movimiento.1 La utilización de la energía del viento no es nueva. Sus usos se remontan desde las primeras civilizaciones, en Egipto y Mesopotamia en el año 5 000 a.C. los cuales mediante velas captaban la energía del viento y así movían los barcos. La primera máquina eólica conocida fue desarrollada en Babilonia en el año 1 700 a.C. La cual era una máquina que bombeaba agua. De la misma manera en China en donde utilizaban un molino de eje vertical para el mismo propósito. La primera vez que se utilizó la energía eólica para la producción de electricidad fue en 1880, cuando el norteamericano Charles Bush construyó una turbina eólica de 12 Kw para producir electricidad en corriente continua, esta energía se almacenaba en 12 baterías. Esta turbina funcionó durante 20 años, media 17 m de altura y tenía 144 palas en su rotor.2 De esta manera a lo largo de la historia, los aerogeneradores fueron evolucionando y perfeccionándose hasta que llegaron a ser lo que hoy conocemos. Los primeros grandes aerogeneradores se construyeron en los Estados Unidos, donde en 1941 había ya una torre eólica cuya hélice pesaba 7 toneladas y tenía un diámetro de 53 metros. 1 Energía Eólica, Pedro Fernández Díez, departamento de Ingeniería Eléctrica y Energética de la Universidad de Cantabria, disponible en: http://www.ives.edu.mx/bibliodigital/Ingenierias/Ingenieria%20bloque%201%20%20%20%20%2054.1%20m egas/Libro%20Energia%20alternativas/Eolica/energia_eolica.pdf 2 Energía Solar, Diego Guzmán, Universidad Piloto de Colombia en una investigación para física electrónica. [consultado el 28 de julio de 2011] http://www.galeon.com/energiasolar/ 10 Cabe mencionar que la industria de la energía eólica en tiempos modernos comenzó en 1979 con la producción en serie de turbinas de viento por los fabricantes Curiana, Vestas, Nordtank y Bonus. Las turbinas modernas fueron desarrolladas a comienzos de 1980. Aquellas turbinas eran pequeñas para los estándares actuales, con capacidad de 20 a 30 kW cada una. Desde entonces, la talla de las turbinas ha crecido enormemente y la producción se ha expandido a muchos países. Existen una gran cantidad de aerogeneradores operando, con una capacidad total de 159,213 MW, de los que Europa cuenta con el 47,9% (2009). EE.UU. y China, juntos, representaron 38,4% de la capacidad eólica global. Los cinco países (EE.UU., China, Alemania, España e India) representaron 72,9% de la capacidad eólica mundial en 2009, ligeramente mayor que 72,4% de 2008. La Asociación Mundial de Energía Eólica (World Wind Energy Association) anticipa que una capacidad de 200.000 MW será superada en el 2010. En 2006, la instalación de 7,588 MW en Europa supuso un incremento del 23% respecto a la de 2005. “Alemania, España, Estados Unidos, India y Dinamarca han realizado las mayores inversiones en generación de energía eólica. Dinamarca es, en términos relativos, la más destacada en cuanto a fabricación y utilización de turbinas eólicas, con el compromiso realizado en los años 1970 de llegar a obtener la mitad de la producción de energía del país mediante el viento. Actualmente genera más del 20% de su electricidad mediante aerogeneradores, mayor porcentaje que cualquier otro país, y es el quinto en producción total de energía eólica, a pesar de ser el país número 56 en cuanto a consumo eléctrico.”3 3 "Parques eólicos marinos". La visión en las costas alemanas,20/12/10, Dr. Marcos Sommer , disponible en: http://www.ecoportal.net/Temas_Especiales/Energias/Parques_eolicos_marinos_._La_ vision_en_las_costas_alemanas 11 1.2 ENERGÍA EÓLICA EN LATINOAMÉRICA El desarrollo de la energía eólica en Latinoamérica está en sus comienzos, llegando la capacidad conjunta instalada en estos países a los 769 MW (datos de septiembre de 2009). A fecha de 2009, el desglose de potencia instalada por países y su porcentaje sobre el total de cada país es el siguiente. Brasil: 415 MW (0,4%) México: 85 MW (0, 17%) Costa Rica: 70 MW (2,8%) Nicaragua 40 MW (5%) Argentina: 29 MW (0,1%) Uruguay: 20 MW (0,8%) Chile: 20 MW (0,2%) Colombia: 20 MW (0,1%) Cuba: 7,2 MW (0,05%) Ecuador: 2,4 MW (0,05%) FIGURA 1 Parque eólico de la ventosa Oaxaca, Foto © 2012 CENTRO DE CAPACITACIÓN ELÉCTRICA Y ENERGÍAS ALTERNAS 12 1.3 ENERGIA EÓLICA EN MÉXICO En México, el desarrollo tecnológico para el uso de este tipo de energía, se inició con un programa de aprovechamiento del Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE), hace ya muchos años, en febrero de 1977. El uso de energía eólica en México aún es joven pues existen muchas zonas por explorar en búsqueda de un terreno propicio para la apertura de plantas eólicas. Sin embargo, las mediciones de pequeñas redes anemométricas, realizadas principalmente por el IIE y algunas otras entidades o empresas, han servido para saber de la existencia de vientos aprovechables y económicamente viables en las siguientes regiones: Península de Baja California Península de Yucatán Las costas del país El altiplano norte 1.4 SITUACIÓN ACTUAL En México se han identificado diferentes zonas con potencial para la explotación eólica para la generación eléctrica, entre ellas destacan la zona del Istmo de Tehuantepec, en el estado de Oaxaca, La Rumorosa en el estado de Baja California, así como en los estados de Zacatecas, Hidalgo, Veracruz, Sinaloa, y en la Península de Yucatán. A finales de 2009, la capacidad instalada en generación eólica superaba los 250 MW de potencia, mientras que la capacidad autorizada está en torno a los 2.300 MW, por lo que existe parte de la capacidad que aún están en desarrollo. El desarrollo de estos proyectos eólicos en México es consecuencia de una combinación de inversión nacional y extranjera. La Asociación Mexicana de Energía Eólica estima que el potencial de capacidad es de 10.000 MW. Por otro lado, los estudios del Instituto de Investigaciones Eléctricas establecen un potencial competitivo en 5.000 MW y un potencial probable en 15.000 MW. La perspectiva de desarrollo que maneja la Comisión 13 Federal de Electricidad (CFE) es de 7.000 MW. En el siguiente mapa se muestran la localización y el avance de los proyectos eólicos.4 FIGURA 2 Distribución Geográfica del recurso potencial Eólico en La República Mexicana Fuente CFE (Comisión Federal de Electricidad A la fecha se han realizado cuatro modificaciones al contrato de interconexión con la finalidad de brindar al permisionario una mayor claridad y flexibilidad para el manejo y operación de su proyecto. Con la modificación en 2006 del modelo de contrato de interconexión se busca reconocer la potencia que aportan los equipos de generación de energía eléctrica del permisionario a las horas de máxima demanda del Sistema Eléctrico Nacional (SEN). Así mismo, la modificación prevé que el intercambio de energía eléctrica basado en el cargo por la energía de la tarifa correspondiente se realice a través del cargo variable de las tarifas 4 “Estrategia Nacional para la Transición Energética y aprovechamiento Sustentable de la Energía”. SENER. Año 2009. 14 eléctricas, buscando así una mayor transparencia en la determinación de la cantidad de energía que el permisionario intercambia con sus socios.5 En 2007 se modifica el modelo de contrato de interconexión y la metodología, para la determinación de los cargos por servicios de transmisión de energía eléctrica para fuente de energía renovable. Con la modificación al contrato de interconexión, se da la posibilidad a permisionarios en la modalidad de autoabastecimiento, que entreguen energía eléctrica exclusivamente a instalaciones de municipios, o de entidades federativas o del gobierno federal, la utilización del contrato de interconexión utilizando cualquier fuente de energía renovable (biogás, biomasa, geotermia, etc), ya que anteriormente sólo se utilizaba para fuentes renovables del tipo intermitente (sol, viento y agua). 5 “Programa Especial para el Aprovechamiento de Energías Renovables”. SENER. Año 2009. 15 1.5 AIRE ACONDICIONADO. El término de aire acondicionado o de acondicionamiento de aire hace referencia al proceso más completo de tratamiento del aire ambiente de locales habitados. Consiste en regular las condiciones en cuanto a la temperatura, humedad, limpieza y el movimiento del aire dentro de los locales. En caso de que no se trate la humedad, sino solamente de la temperatura recibe el nombre de climatización. El proceso de acondicionamiento de aire como lo conocemos actualmente data de unos sesenta años, como se muestra en la figura 3 se compone de dos elementos que son el condensador cuya función es básicamente condensar el vapor que proviene del escape de la turbina de vapor en condiciones próximas a la saturación y evacuar el calor de condensación (calor latente) al exterior mediante un fluido de intercambio (aire o agua)., Evaporador que es un elemento muy importante del sistema ya que en él se realiza el intercambio de calor para que se absorba la mayor cantidad de calor en el sitio a enfriar , es importante señalar que algunos de sus principios fueron conocidos hace mas de 10 000 años antes de Cristo. 16 Uno de los grandes sistemas para suprimir el calor fue el de los egipcios. Este se utilizaba principalmente en el palacio del faraón. Las paredes estaban construidas de enormes bloques de piedra, con peso superior de 1,000 toneladas y de un lado pulido y el otro áspero.i Durante la noche, esclavos desmantelaban las paredes y acarreaban las piedras al desierto del Sahara. Como es sabido que la temperatura del desierto disminuye por las noches, las piedras se enfriaban y justamente antes de que amaneciera los esclavos acarreaban de regreso las piedras al sitio original y volvían a colocarlas al sitio donde éstas se encontraban. Se supone que el faraón disfrutaba de temperaturas alrededor de los 26º C Figura 3: Esquema elemental de un equipo de aire acondicionado. mientras que en el exterior se encontraban hasta en los 54º C. “Fue hasta 1842 cuando Lord Kelvin inventó el principio del aire acondicionado. Con el objetivo de conseguir un ambiente agradable y sano, el científico creó un circuito frigorífico hermético basado en la absorción del calor a través de un gas refrigerante. 17 En 1902 el norteamericano Willis Haviland Carrier sentó las bases de la refrigeración moderna y, al encontrarse con los problemas de la excesiva humidificación del aire enriado, las del aire acondicionado, desarrolló el concepto de climatización de verano. En 1928 Carrier desarrolló el primer equipo que enfriaba, calentaba, limpiaba y hacia circular el aire para casa y departamentos (Figura 2), pero la gran depresión en los Estados Unidos puso punto final al aire acondicionado en los hogares. Las ventas de aparatos para uso residencial no empezaron hasta después de la segunda guerra mundial.” 6 Figura 4: Sistema de enfriamiento y calefactor de Carrier, 1921. 6 Historia del Aire Acondicionado, Artículo de Conti González Báez.[fecha de consulta 04 de junio de 2011] http://www.elaireacondicionado.com/articulos/historia_aire_acondicionado.html 18 1.6 DESCRIPCIÓN DEL EMPLAZAMIENTO. Localizado en el Golfo de México, la ciudad de Veracruz es la más grande e importante del Estado de Veracruz. Tiene el puerto marítimo comercial más importante de México. Se sitúa en una planicie baja franco arenoso rodeado por dunas y pantanos, algunos de los cuales han sido aprovechados y son muy fértiles. Está ubicada a 90 km de distancia de Xalapa, capital del estado, y a 400 km de la ciudad de México. Su clima es tropical cálido, con una temperatura media anual de 25.3º C y una precipitación media anual de 1 500mm. Geográficamente se ubica en las coordenadas 19º 12’ N 96º 08’ O / 19.2, -96.133 (Figura 3), y se encuentra a 10 metros sobre el nivel del mar. Veracruz es el centro comercial e industrial de una importante región petrolera, también como un Figura 5: Foto satelital del Puerto de Veracruz. http://maps.google.com/ importante centro turístico con hermosos escenarios, buenas playas y excelentes alojamientos. 19 Además de refinerías de petróleo, las industrias de Veracruz incluyen cigarrillos, chocolate, licores, teja, baldosa, azulejos y calzado. La casa habitación que se toma como base, se encuentra en Xicoténcatl 834, Col. Ricardo Flores Magón, Veracruz, Veracruz-Llave, México. Dicha casa está en fase de construcción por lo cual solo se cuenta con el plano de la vivienda anexo al final. . 20 Tabla 1: Datos Promedio del emplazamiento.7 Parámetros Ene Feb Máxima extrema 34.7 Promedio de máxima Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Anual 33.2 39.2 39.3 39.5 38.7 37.0 36.0 35.4 35.0 34.0 27.5 39.5 24.7 25.0 27.4 29.2 31.1 31.4 31.2 31.2 30.8 29.7 27.7 25.9 28.8 Media 21.5 21.9 24.0 25.8 27.8 28.1 27.5 27.6 27.2 26.2 24.2 22.6 25.4 Promedio de mínima 18.4 18.8 20.7 22.5 24.6 24.8 23.8 23.9 23.6 22.7 20.7 19.3 22.0 Mínima extrema 5.8 7.2 2.0 9.0 4.5 17.9 19.8 13.2 17.0 2.0 2.0 0.2 0.2 Oscilación 6.3 6.2 6.6 6.6 6.4 6.7 7.4 7.3 7.2 6.9 7.1 6.6 6.8 Total horas insolación 162 165 192 205 203 207 187 177 162 170 179 161 2171 20.0 21.4 23.1 25.1 24.2 25.1 25.2 24.8 23.5 21.8 20.5 22.8 79 74 77 72 73 79 80 79 77 70 81 79 138 136 167 190 197 192 187 194 181 180 178 144 2083.6 Total 37.9 17.8 13.1 24.4 74.2 196 385 320 292 130 32 39.6 1564 Máxima 212. 90.6 61.2 101.4 238 438 823 552 626 292 101 147 Temperatura Humedad Temperatura bulbo 19.4 húmedo Humedad relativa 81 media Evaporación Precipitación 7 Datos obtenidos de acuerdo a las mediciones de la CONAGUA, Comisión Nacional del Agua. 21 823.3 8 Máxima en 24 hrs 70.8 58.3 59.6 75.5 141 105 181 117 122 122 37.5 62.5 181 Máxima en 1 hr 25.3 50 24.6 35 55.2 62.8 64.7 89.2 59.2 44.7 23 41.8 89.2 1014 101 1015 1009 1006 1008 1011 1011 1008 1011 101 101 2 5 Presión Media en la estación 1 1011 Viento máximo diario Magnitud media 11.0 10.4 10.1 10.2 9.1 8.9 8.8 8.4 9.7 10.0 10.3 10.7 9.8 Lluvia apreciable 5.3 3.1 3.8 3.8 5.0 12.8 18.5 16.4 15.4 10.6 6.2 5.7 106.7 Despejados 2.7 4.0 6.1 4.8 3.8 1.4 0.6 0.6 0.5 1.2 2.6 2.9 31.1 Medio nublados 13.3 13.3 13.5 14.3 17.5 13.3 12.6 12.5 10.4 14.3 14.6 11.6 161.2 Nublado 15 10.7 11.4 10.9 9.7 15.3 17.9 17.8 19.1 15.5 12.8 16.5 172.7 Granizo 0.0 0.2 0.0 0.0 0.0 0.1 0.0 0.1 0.2 0.0 0.1 0.0 0.6 Helada 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.1 0.1 0.2 Tormenta eléctrica 0.0 0.1 0.7 0.7 2.1 6.5 9.2 11.9 8.2 2.2 0.9 0.4 43.0 Niebla 11.9 16.1 15.2 15.8 11.0 6.6 5.4 6.4 4.1 11.4 12.6 17.2 133.9 Fenómenos especiales Unidades: Temperatura (C) humedad relativa (%) precipitación y evaporación (mm) presión (mb) viento (m/s) fenómenos especiales(días) 22 CAPÍTULO II: CÁLCULO DE CARGA TÉRMICA Para conocer la capacidad del aire acondicionado en BTU/hora. Que se requieren en cada habitación de la casa, se debe de conocer la transferencia de calor que existe entre el ambiente exterior y el interior de la casa. Así como la transferencia de calor a causa de la iluminación y la transferencia de calor debida a las personas que habitan en dicha casa. De acuerdo con el gráfico1 de la ACCA, la carga térmica debe ser determinada tomando en cuenta los siguientes factores: GRÁFICO 1 Factores importantes para el Cálculo de cargas térmicas. Tomado de ASHRAE, Fundamentals Handbook, Cooling Load Calculation, ed. 2001 23 2.1 TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONDUCCIÓN DENTRO DEL INMUEBLE Para determinar la transferencia de calor entre el ambiente exterior y el interior de la casa podemos calcularlo mediante el coeficiente global de transferencia de calor a través de una pared plana, el cual se ilustra en la figura 6. FIGURA 6 Diagrama de la transferencia de calor global a través de una pared plana. Tomado de “Transferencia de calor”. – Holman, Jack Philip. – Ediciones Cecsa. – Mexico 1986. 24 De acuerdo con la Figura 6 La ecuación para el cálculo del coeficiente global de transferencia de calor se expresa de la siguiente manera: Aplicando la ecuación (2.1) y los datos necesarios para cada muro de cada habitación se desarrollan los cálculos para conocer la transferencia de calor total de la casa. Después de analizar el plano anexo, se pretende considerar la planta 38 TEMPERATURA (C) 37 36 35 34 33 32 31 30 0 5 10 15 20 25 30 DIA Figura 7:2: Gráficadel de temperatura del puertodel de puerto Veracruzde GRÁFICO Gráfica cambio del cambio de temperatura a lo largo mes caluroso del año del de acuerdo a los datos Veracruz a lo del largo delmás mes más caluroso año de acuerdo a los suministrados por la CONAGUA. datos suministrados por la CONAGUA baja como un solo conjunto. La estancia, el bar, comedor y cocina serán enfriados, dependiendo del resultado de los cálculos, por un solo equipo. Mientras que en el segundo nivel, cada cuarto se calculará de manera independiente por lo que cada habitación contará con su propio aire acondicionado. El gráfico 2 muestra la variación de la temperatura en el puerto de Veracruz durante el mes mayo el cual se presenta las temperaturas más altas a lo largo del año 2003, esto con el fin de saber que rango de temperaturas se puede esperar 25 en el emplazamiento para pode realizar los cálculos de la trasferencia de calor en la casa habitación, usando la fórmula (2.1). PLANTA BAJA FIGURA 8 Croquis de planta baja La planta baja se modelará como un solo cuarto, motivo por el cual se calculará la transferencia de calor en toda el área del mismo. Las especificaciones de la planta de abajo con medidas se ilustran en la figura anterior. El muro 1 es un ventanal que abarca la mayor parte de la pared, motivo por el cual se calcula para un coeficiente de transferencia de vidrio, de igual manera ocurre con el muro 6. El resto de los muros son de ladrillo comercial. La temperatura exterior e interior se toman en mediciones durante los días más calurosos que es cuando habrá la mayor transferencia de calor. 26 TA = 39°C h1 = 15 W/m2·°C TB = 30°C h2 = 7.5 W/m2·°C Muro 1 La composición del muro 1 se considera de vidrio debido a que es una puerta corrediza de cancelería conformada por dos hojas de vidrio cuyas dimensiones son 2.73mx1.775m Por lo tanto: Δx = 0.006m k = 0.78 W/m·°C Muro 2 La parte correspondiente al muro 2 se considera de ladrillo rojo, está desprovista de ventanales y puertas, debido a esto su análisis se realiza considerando solo ladrillo, tomando los valores de coeficientes de las tablas del anexo 2 y aplicando la fórmula (2.3) 27 Δx = 0.15m k = 0.65 W/m·°C Los muros 3,4 y 5 estarán elaborados por ladrillo, por lo tanto se realizan cálculos muy similares a los del muro 2. Muro 3 Δx = 0.15m k = 0.65 W/m·°C Muro 4 Ladrillo Δx = 0.15m k = 0.65 W/m·°C 28 Muro 5 Ladrillo Δx = 0.15m k = 0.65 W/m·°C Al igual que en el muro 1 el muro 6 se trata de una puerta corrediza, proyectada y diseñada en vidrio. Por lo tanto los cálculos presentan los siguientes resultados. Muro 6 Vidrio Δx = 0.15m k = 0.78 W/m·°C Muro 7 Mismo tipo de muro y mismas medidas que el Muro 4. 29 Losa Las losas de entrepiso se consideran como uno de los elementos más delicados en la construcción de una vivienda, en este caso la losa proyectada es de 8 cm de espesor, de concreto armado y un Fc’=250 kg/cm2 . Δx = 0.08m k = 1.16 W/m·°C ho = h1 = 7.5 W/m2·°C TA = 35°C TB = 30°C (2.4) Como se observó para el cálculo de la transferencia de calor en la planta baja, se tomó en cuenta la transferencia ocasionada por la estufa en la cocina, parte importante en el cálculo de la transferencia de calor. El resultado de la planta baja fue de 10,049.07 BTU/h. Tomando en cuenta también la transferencia de calor ocasionada por la parte superior de la casa con la parte inferior que se analizó primeramente. 30 PLANTA ALTA CUARTO 1 Para los cálculos de los cuartos de la planta alta, se toman las mismas consideraciones. Los cuartos tienen las medidas especificadas como se muestran en los diagramas y se detalla el material del que está hecho cada muro para precisar los cálculos. Es importante señalar que el área de alguna de las paredes no es rectangular, dichos cálculos de áreas también se explican durante los cálculos. Muro 3, muro 4 y muro 5 despreciables por no tener frontera con el exterior. FIGURA 9 Cuarto No. 1 de planta alta Muro 1 Ladrillo Δx = 0.15m k = 0.65 W/m·°C TA = 39°C TB = 35°C 31 Forma de trapecio Aplicando la formula (2.3) Muro 2 En este caso el muro cuenta con un ventanal cuya área es de 6.478 m2 Vidrio – ladrillo Sección ladrillo Δx = 0.15m k = 0.65 W/m·°C Sección vidrio Δx = 0.006m k = 0.78 W/m·°C (2.5) 32 Losa Esta losa está proyectada para construirse en concreto armado Δx = 0.08m k = 1.16 W/m·°C Se observa una transferencia de calor no muy alta debido a las dimensiones la habitación. A estos cálculos aun falta sumarle otros tipos de transferencia de calor. 33 CUARTO 2 Al igual que en el cuarto No. 1 el Muro 3, muro 4 y muro 5 son despreciables en el cálculo por no tener frontera con el exterior. FIGURA 10 Cuarto No. 2 de planta alta Muro 1 El diseño del cuarto contempla en su muro 1 un ventanal que tiene una superficie de 6.7804 m2. Se debe de realizar un análisis similar al que se hizo en el cuarto anterior. Vidrio – ladrillo Sección ladrillo Δx = 0.15m k = 0.65 W/m·°C Sección vidrio Δx = 0.006m k = 0.78 W/m·°C 34 Muro 2 Ladrillo Δx = 0.15m k=0.65W/m·°CForma de trapecio Losa Cemento de mortero Δx = 0.08m k = 1.16 W/m·°C 35 CUARTO 3 Debido a que es una estructura similar a los cuartos analizados anteriormente el procedimiento para el cálculo de la carga térmica es idéntico. Muro 1 Vidrio – ladrillo FIGURA 11 Cuarto No. 3 de planta Sección ladrillo alta Sección vidrio Δx = 0.006m k = 0.78 W/m·°C 36 Sustituyendo en fórmula 2.1 obtenemos que: 2 Muro 2 Ladrillo Δx = 0.15m k = 0.65 W/m·°C Forma de trapecio Losa Cemento de mortero Δx = 0.08m k = 1.16 W/m·°C 37 CUARTO 4 Igual que los tres cuartos anteriores se obtiene la carga térmica debido a la transferencia de calor por la interacción con el medio ambiente utilizando la formula 2.1 FIGURA 12 Cuaro No. 4 Muro 1 planta alta Muro 2 Losa 38 Se calculó las transferencias de calor generadas por la interacción de la temperatura exterior del medio ambiente en relación con la interior de cada habitación en la casa. A estos resultados falta sumarle otros aspectos de la transferencia de calor, como es el caso de la transferencia por iluminación, misceláneos y la generada por el cuerpo humano siendo los más importantes según el gráfico 1. Tabla 2: Resultados de la transferencia de calor en la casa habitación debido a la temperatura exterior. Planta baja 10,049.07 BTU/h Planta alta Cuarto 1 1,448.81 BTU/h Cuarto 2 1,460.506 BTU/h Cuarto 3 1,244. 49 BTU/h Cuarto 4 1,193.39 BTU/h 2.2 CARGA TÉRMICA DE MISCELÁNEOS Entre las fuentes de calor dentro del espacio que será condicionado están las luces, las máquinas de oficina, equipos de computación, los electrodomésticos y los motores eléctricos. La tablas que muestran la ganancia de calor generada por algunos de estos aparatos son: "Ganancias de calor por motores eléctricos” , 39 “Ganancias de calor por electrodomésticos" y "Ganancias de calor generado por equipos de oficinas", según el manual N publicado por la ACCA. Cuando los equipos que producen calor están cubiertos por una campana de extracción, debe calcularse la carga adicional debida al aire fresco que se debe introducir para compensar el aire extraído por la campana. Esto se calcula en la secuencia de Ganancias de calor por infiltración y ventilación. Con respecto al alumbrado, el mismo constituye una fuente de calor sensible. Este calor se emite por radiación, convección y conducción. Un porcentaje del calor emitido por radiación es absorbido por los materiales que rodean el local, pudiendo también producirse estratificación del calor emitido por convección. Tabla 3 para “Ganancias de calor por electrodomésticos y equipos de oficina "ASHRAE, Cooling and Heating Calculation Manual. Potencia (W) Btu's/hr computadora - monitor de 15" 110.00 375.10 computadora - monitor de 17" 125.00 426.25 computadora - monitor de 19" 135.00 460.35 impresora laser 130.00 443.30 máquina de fax 30.00 102.30 horno de microondas 400.00 1,364.00 refrigerador 15 pies 300.00 1,023.00 cafetera para 10 tazas 1050 W + 2,046.00 1540 BTU/h enfriador de agua para 8 350.00 1,193.50 gal/hr estufa eléctrica de 3,000W 3,000.00 10,230.00 con campana Para los cálculos de la carga térmica se utilizaran los valores de la tabla 3, en conjunto con el cuadro de cargas de la casa habitación. 40 Tabla 4 Censo de Cargas para la Planta Baja (elaboración propia) Planta Baja Equipo Potencia (W) Refrigerador Cantidad (Piezas) BTU/h 350 1 1,193.50 700 1 2,387.00 Modular 200 1 682.00 Televisor 350 1 1,193.50 6,000 1 2,046.00 Horno de microondas Estufa eléctrica (parrilla asador) Total 7,502.00 Tabla 5 Censo de Carga para la Planta Alta (elaboración propia) Planta Alta Equipo Potencia (W) Cantidad (Piezas) BTU/h Cuarto 1 Computadora PC 110 1 375.10 Televisor 90 1 306.90 Total 682.00 Cuarto 2 Computadora PC 110 1 375.10 Televisor 90 1 306.90 Total 682.00 Cuarto 3 Computadora PC 110 1 375.10 Televisor 90 1 306.90 Total 682.00 Cuarto 4 Computadora PC 110 1 375.10 Televisor 90 1 306.90 Total 682.00 41 2.3 TRANSFERENCIA DE CALOR POR ILUMINACIÓN Entre las fuentes de calor dentro del espacio que será condicionado están las luces, las máquinas de oficina, equipos de computación, los electrodomésticos y los motores eléctricos. La tablas que muestran la ganancia de calor generada por algunos de estos aparatos son: "Ganancias de calor por motores eléctricos” , “Ganancias de calor por electrodomésticos" y "Ganancias de calor generado por equipos de oficinas", según el manual N publicado por la ACCA.8 Cuando los equipos que producen calor están cubiertos por una campana de extracción, debe calcularse la carga adicional debida al aire fresco que se debe introducir para compensar el aire extraído por la campana. Esto se calcula en la secuencia de Ganancias de calor por infiltración y ventilación. Con respecto al alumbrado, el mismo constituye una fuente de calor sensible. Este calor se emite por radiación, convección y conducción. Un porcentaje del calor emitido por radiación es absorbido por los materiales que rodean el local, pudiendo también producirse estratificación del calor emitido por convección. Las ganancias de calor reales se determinan aplicando los valores mostrados en la tabla "Ganancias debidas al alumbrado".9 Las lámparas incandescentes transforman en luz un 10% de la energía absorbida, mientras el resto la transforman en calor que se disipa por radiación, convección y conducción. Un 80% de la potencia absorbida se disipa por radiación, y solo el 10% restante por convección y conducción. Los tubos fluorescentes transforman un 25% de la energía absorbida en luz, mientras que otro 25% se disipa por radiación hacia las paredes que rodean el local, y el resto por conducción y convección. Debe tenerse en cuenta, además, el calor emitido por la reactancia o resistencia limitadora, que representa un 25% de la energía absorbida por la lámpara. 8 9 2001 ASHRAE Fundamentals, Chapter 29, and Tables 8, 9, & 10 ASHRAE Journal, Sept. 1991) 42 Tabla 6: Ganancias debidas al alumbrado. Manual N publicado por la ACCA. TIPO GANANCIA DE CALOR SENSIBLE EN BTU/h Fluorescente Potencia útil en watts x 4.1 Incandescente Potencia útil en watts x 3.4 Por lo tanto si el proyecto de iluminación de la casa indica que las lámparas que se instalarán dentro de la misma son fluorescentes tendremos que aplicar el factor de 4.1 (BTU/h)/watt, en cada una de las áreas mencionadas a continuación: 43 Planta baja: Cocina: Se pueden observar 4 salidas tipo “SPOT” con lámparas fluorescente de 34 Watts cada una, por lo tanto Por cada salida tipo SPOT El total en la cocina Bar: En el bar se puede observar una lámpara fluorescente de 34 watts y un arbotante de 26 watts. Por lo tanto: y Sala En la sala existen 2 lámpara fluorescentes de 34 watts y un arbotante de 26 watts. por una lámpara flourescente 44 y Para calcular el total en la planta baja se hace la suma de cada una de las secciones: Cuarto 1 En este cuarto encontramos una lámpara fluorescente de 34 watts Por lo tanto En los cuartos 2,3 y 4 existe la misma cantidad de lámparas por cuarto, por lo tanto: 45 Tabla 7: Resultados de análisis para cargas por iluminación (elaboración propia) Planta baja 1,189.07 BTU/h Planta alta Cuarto 1 139.4 BTU/h Cuarto 2 139.4 BTU/h Cuarto 3 139.4 BTU/h Cuarto 4 139.4 BTU/h 46 2.4 TRANSFERENCIA DE CALOR DEL CUERPO HUMANO A pesar de ser un fenómeno muy cotidiano, a la transferencia de calor en los seres humanos no se le ha prestado demasiada atención. Debido en parte a la complejidad del proceso, y por lo tanto no es un fenómeno completamente comprendido. Existen relativamente pocas investigaciones a este respecto. Últimamente el interés por este tema está creciendo al ser necesario evaluar el comportamiento del cuerpo humano cuando se le somete a condiciones límite. Los valores empleados son aproximados, pero se ajustan bastante a la realidad. Las ecuaciones son válidas para temperaturas típicas del ambiente de 20 ºC 10 ºC. Figura 13: Representación simplificada del cuerpo humano para el cálculo de la transferencia de calor. Tomado de “Simulación de la transferencia de calor en humanos”. – Romeo Giménez, L.M. –Universidad de Zaragoza 47 2.4.1 CONDUCCIÓN TÉRMICA. El núcleo del cuerpo humano (interior del tronco y la cabeza) se mantiene a una temperatura constante de Tn = 37 ºC en reposo, la piel suele tener una temperatura de Tp = 34 ºC el cuerpo humano disipa calor desde el núcleo hacia la piel por conducción mediante la siguiente ecuación: Donde: = Conductividad térmica. En el cuerpo humano, la conductividad térmica vale =0.60 W/m ºC. e = Espesor que atraviesa el flujo de calor. Se considera un espesor de 3 cm entre el núcleo y la piel. Conociendo que el cuerpo de un adulto mide aproximadamente S = 1.70 m2, la potencia disipada será: 48 GRÁFICO 3: Gráfica que muestra la variación de la temperatura de la piel con respecto a la velocidad del viento. Tomado de “Simulación de la transferencia de calor en humanos”. – Romeo Giménez, L.M. –Universidad de Zaragoza. 2.4.2 TRANSMISIÓN SUPERFICIAL. Las superficies pueden intercambiar flujos de calor con su entorno por los mecanismos combinados de convección y radiación. Existe el coeficiente de transmisión superficial h que permite calcular aproximadamente la disipación del calor de una superficie. Siendo: Para que una piel a una temperatura de T p = 34 ºC disipe 60 W/m2 se precisa un salto térmico de: 49 Esta sería una temperatura deseable o cómoda del aire para personas en reposo (sin la realización de actividad física pesada). 50 2.5 INTERCAMBIO POR RADIACIÓN. Una superficie emite calor por radiación según la fórmula de Stefan – Boltzmann: La piel humana a Tp = 34 ºC = 34 + 273 ºK = 307 ºK, con = 0.90, emite calor por radiación de: Sin embargo, si una persona está rodeada por superficies a una temperatura media Ts existe un intercambio de radiación que cumple con la ecuación: Si la superficie del entorno estuviera a Ts = 30 ºC = 303 ºK10, el flujo neto de radiación sería: 2.6 INTERCAMBIO POR CONVECCIÓN. El fenómeno de convección es muy complejo y depende de numerosas variables, como la diferencia de temperatura, la dirección del flujo (se incrementa hacia arriba) y de la existencia de aire en movimiento. En el caso de una superficie vertical con el aire en reposo, el flujo de calor por convección natural qc es aproximado de: 10 Valor teórico tomando en cuenta el promedio de temperatura en el emplazamiento del lugar. 51 El coeficiente de transmisión superficial: Se puede expresar como la suma del flujo de radiación y convección, si la temperatura del aire y de las paredes son iguales: Cuando existe aire en movimiento a una velocidad v (m/s), aumenta el flujo de calor qcf por convección forzada y se puede aplicar la siguiente ecuación simplificada: Considerando una persona desnuda con la piel a 34 ºC en un ambiente con el aire y su entorno a 35 ºC, con una corriente de aire de 1.5 m/seg, disipara un flujo de calor de: 52 2.7 INTERCAMBIO POR EVAPORIZACIÓN. El agua y el sudor, al evaporarse absorbe 600 Kcal/Kg = 0.60 Kcal/g, lo cual se denomina calor de vaporización. Por ejemplo, si una persona en reposo tiene una tasa de transpiración (v) de 50 gramos de sudor a la hora y dicha agua toma todo el calor para vaporizarse del cuerpo, estaría absorbiendo una potencia (Pv) de: Equivalente a: Esta cantidad de calor sería /3 de su tasa metabólica en reposo (100 W). Una persona sometida a estrés térmico puede sudar más de 1 000 g/h, equivalente a 697 W de disipación de calor. 53 2.8 CÁLCULO DEL TOTAL DE LA TRANSFERENCIA DE CALOR DEL CUERPO HUMANO. Para conocer el total de la cantidad de calor que transfiere el cuerpo humano, se debe de tomar en cuenta todos los tipos de transferencia que este presenta calculados anteriormente: Recordando: Tomando en cuenta que en la casa habitación viven cinco personas, la transferencia total por cuerpo humano quedaría: 54 2.9 TRANSFERENCIA DE CALOR TOTAL Para obtener la transferencia de calor total se suman tanto la transferencia de calor de la pared plana como la transferencia de calor por iluminación para cada una de las habitaciones de la casa. Planta baja Suponiendo que las cinco personas estén en la planta baja al mismo tiempo: Cuarto 1 Suponiendo dos personas en la habitación: 55 Cuarto 2 Suponiendo una persona en el cuarto: Cuarto 3 Suponiendo una persona en el cuarto: Cuarto 4 Suponiendo una persona en el cuarto: 56 De esta manera ya conocemos la transferencia total de calor real que se genera en la casa. Se conocen estos datos, se puede ver si es necesario la instalación de equipos de enfriamiento y, si lo es, que tipo de equipo necesitamos instalar y de que capacidad. Tabla 8: Resultados de los cálculos totales de carga térmica en la casa habitación. Habitación Carga térmica Planta baja 22,075.60 BTU/h Cuarto 1 3,604.39 BTU/h Cuarto 2 2,949.00 BTU/h Cuarto 3 2,732.98 BTU/h Cuarto 4 2,682.42 BTU/h Total 34,044.39 BTU/h 57 CAPÍTULO III: CÁLCULO DEL AIRE ACONDICIONADO Una vez obtenidos los cálculos totales de la transferencia de calor en cada habitación, podemos seleccionar la capacidad que deberá tener el equipo de aire acondicionado que satisfaga la transferencia de calor. Después de realizar varias cotizaciones en tiendas especializadas en aire acondicionado y refrigeración como TOTALINE S.A. DE C.V. quien nos proporcionó la ficha técnica del equipo adecuado para una carga térmica de 34,044.39 BTU/h debemos utilizar un equipo de 36,000 BTU/h de la marca LG debido a sus características de bajo consumo y alta eficiencia. Tabla 9: Datos técnicos de un aire acondicionado tipo paquete. Tomados de la ficha técnica CAPACIDAD 36 000 BTU/h MODELO LG TK-C0362HA0 VOLTAJE 220 POTENCIA DE ENTRADA 3.7 kW CIRCULACION DE AIRE 1 200 ft3/min Una vez determinado el equipo adecuado para enfriar la casa habitación, debemos de conocer el consumo de energía de dicho equipo. Los datos del consumo de energía de los equipos de aire acondicionado debe de ser lo más real posible o en otras palabras, los más certeros y precisos. Por tal motivo se utilizará el apoyo de un software de diseño llamado COOLPACK. COOLPACK es una colección de modelos de simulación para sistemas de refrigeración. Cada modelo tiene un propósito específico, por ejemplo: análisis de ciclo, dimensionamiento de los componentes principales, análisis de energía y optimización. Este software es desarrollado por el Departamento de Ingeniería Mecánica, Sección de Ingeniería Energética de la Universidad Tecnológica de Dinamarca y financiado por la Agencia de Energía Danesa. 58 Para el cálculo de dicho consumo energético utilizaremos este programa en su versión 1.46. En el entorno del programa, sólo necesitamos saber 3 parámetros: la temperatura del exterior y del interior y el flujo de volumen del equipo. Este último dato lo obtenemos de las especificaciones técnicas del equipo que utilizaremos las cuales se muestran en la tabla anterior (Tablas 5). De acuerdo con las especificaciones técnicas, este aire acondicionado tipo paquete tiene una potencia de entrada de 3.7 Kw Para conocer el consumo de energía de este equipo, debemos de conocer el tiempo que estará en funcionamiento. Dado que estos equipos funcionan más eficientemente, podemos CoolPack AIR COOLER > COOLING AND DEHUMIDIFICATION OF MOIST AIR INLET CONDITION T1 [°C] OUTLET CONDITION 39.00 T2 [°C] 20.00 x1 0.03161 [kg/kg] x2 0.0147 [kg/kg] h1 120.54 [kJ/kg] h2 57.42 [kJ/kg] RH1 [%] 70.0 RH2 100.0 [%] TDEW,1 TWET,1 32.52 [°C] TDEW,2 20.00 [°C] 33.72 [°C] TWET,2 20.00 [°C] Air pressure [kPa] : 101.33 Cooler surface temperature [°C] : 10.0 Process: Cooling and dehumidification - Correction for over-saturated outlet condition! AIR FLOW PROCESS PARAMETERS MOIST AIR DRY AIR 3 Volume flow [m /h] © 1999 - 2001 Department of Mechanical Engineering Technical Univ ersity of Denmark Version 1.46 TOOL A.2 Mass flow (mixture) Mass flow (water) 2040 Mass flow Cooling demand 0.610 [kg/s] 0.629 [kg/s] 0.01928 [kg/s] Sensible load 25.79 [kW] Latent load (frost) 0.000 [kW] Dehumidification rate dh/dx corrected!!! 12.7 [kW] Latent load SHR Inlet and outlet properties are stated per kg dry air 38.49 [kW] dh/dx 33.0 [%] 37.12 [kg/h] 3733 [kJ/kg] Figura 14: Interfaz del software COOLPACK con los resultados de carga para un aire acondicionado tipo paquete. 59 mantenerlo en funcionamiento un menor tiempo sin perder la comodidad de un buen enfriamiento de las habitaciones. De acuerdo con la CFE el aire acondicionado tiene un funcionamiento efectivo de 8 horas diarias. Por lo tanto el consumo de energía del aire acondicionado tipo paquete será de: El consumo de energía de este equipo funcionando durante un día es de 29.6 Kwh Por tal motivo, se utilizará un sistema de aire acondicionado tipo paquete para mantener la casa habitación con un ambiente y una temperatura agradable. También es necesario conocer el consumo anual de los equipos de aire acondicionado, por tal motivo se realizará el cálculo para saber el consumo anual de éstos: 60 CAPÍTULO IV: CÁLCULO DEL RECURSO EÓLICO Y ENERGÍA DISPONIBLE La energía eólica tiene su origen en la energía solar, más específicamente en el calentamiento diferencial de masas de aire por el Sol, ya sea por diferencias de latitud (vientos globales) o el terreno (mar-tierra o vientos locales). Las diferencias de radiaciones entre distintos puntos de la Tierra generan diversas áreas térmicas y los desequilibrios de temperatura provocan cambios de densidad en las masas de aire que se traducen en variaciones de presión. Más específicamente, la causa de los vientos se encuentra en los movimientos de rotación y de traslación terrestre que dan origen, a su vez, a diferencias considerables en la radiación solar o insolación, principalmente de onda larga (infrarroja o térmica), que es absorbida de manera indirecta por la atmosfera, de acuerdo con la propiedad diatérmica del aire, según la cual la radiación solar sólo calienta indirectamente a la atmósfera ya que los rayos solares pueden atravesar la atmósfera sin calentarla. Son los rayos infrarrojos reflejados por la superficie terrestre y acuática de la Tierra los que si logran calentar el aire. La insolación es casi la única fuente de calor que puede dar origen al movimiento del aire, es decir, a los vientos. A su vez, el desigual calentamiento del aire produce las diferencias de presión y esas diferencias de presión dan origen a los vientos. Las diferencias de temperatura conllevan la circulación de aire. Las regiones alrededor del ecuador, a 0° de latitud, son calentadas por el sol más que las zonas del resto del globo. El aire caliente es más ligero que el aire frio, por lo que subirá hasta alcanzar una altura aproximada de 10 km y se extenderá hacia el norte y hacia el sur. 11 11 .Wind Energy Explained - Theory, Design and Application John Wiley & Sons,Wiley,.[2002.ISBN0471499722] 61 4.1 ENERGA ÚTIL DEL VIENTO En una corriente de aire de densidad gura 15 , la potencia eólica disponible que atraviesa una superficie A y hace un recorrido L en el tiempo t, viene dada por la expresión:. E 1 Av 3t (4.1) 2 Energía del viento FIGURA 15: Área A barrida por el rotor de diámetro D Si Potencial del viento Donde: (4.4) 62 Para este caso particular se muestran en la tabla 9: Tabla 10 tabla de valores para el cálculo de la energía disponible en Veracruz Veracruz Z 10 Tm 31.16 ρsm 1.156781231 Para calcular la energía eólica, se debe de conocer la velocidad del viento. Para esto utilizaremos la base de datos constituida por mediciones promedio diarias a lo largo de un año, proporcionada por la CONAGUA. Tabla 119: Desglose de la velocidad del viento medida a lo largo del año 2003 en el puerto de Veracruz.(fuente: CONAGUA) Velocidad Periodo Promedio (m/s) ENERO „03 11.9786 FEBRERO „03 10.7393 MARZO „03 10.8267 ABRIL „03 9.08387 MAYO „03 9.29 JUNIO „03 9.32857 JULIO „03 8.24194 AGOSTO „03 9.83571 SEPTIEMBRE „03 9.02581 OCTUBRE „03 10.7267 NOVIEMBRE „03 10.1516 DICIEMBRE „03 10.8774 Promedio anual 9.239 63 7 VELOCIDAD 6 5 4 3 2 1 0 200300 200302 200304 200306 200308 200310 200312 200314 PERIODO GRÁFICO 4 muestra la variación de la velocidad del viento a lo largo de un año. (Elaboración propia) Recordando la fórmula (4.2) Este resultado debe de ser multiplicado por el número de horas que existen en un año. 1 año = 365 días = 365 días *24hr/día = 8760 horas. La demanda anual de nuestro aire acondicionado que es de: 64 4.2 Distribución de la frecuencia de la velocidad de viento. La distribución de la frecuencia, como su nombre lo indica, determina con qué frecuencia se observa una cierta velocidad de viento en el emplazamiento. Esto nos sirve para identificar el rango de viento que se observa en cada lugar. La distribución de la frecuencia de la velocidad de viento en muchas áreas puede ser aproximada muy de cerca por la función de distribución Weibull, la cual se determina mediante la fórmula: Dado el gran volumen de datos que se tienen que cotejar, recurrimos a la utilización de software para la realización de un Cálculo más rápido. De tal manera se utilizó la paquetería de software llamada ReliaSoft Weibull ++ 7. Es un software de análisis de datos de uso estándar en la industria por cientos de compañías a nivel mundial. El software lleva a cabo el análisis de datos usando una distribución múltiple, incluidas todas las formas de la distribución de Weibull. Este programa es una herramienta muy poderosa utilizada en compañías de primer nivel. Razón por la cual se utilizó en su versión de demostración. El entorno del programa es sencillo, solo hay que vaciar los datos en los campos correspondientes y configurar de tal manera para que nos arroje la Gráfica correspondiente a dicha probabilidad. Necesitamos realizar el cálculo de la f.d.p. de Weibull para tener una idea de la frecuencia y probabilidad de las velocidades del viento que se presentaran en el emplazamiento seleccionado para así poder seleccionar un equipo aerogenerador que sea el óptimo para satisfacer nuestra carga de energía anual. Para esto, utilizamos las velocidades medidas de manera diaria a lo largo de un año en el emplazamiento seleccionado proporcionadas por la CONAGUA y registradas en su estación meteorológica 30692 ubicada en Veracruz, Ver. 65 Tabla 10: Mediciones de la velocidad media(m/s), tomada diariamente a lo largo del año 2003 en el puerto de Veracruz. D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10 D11 D12 D13 D14 D15 D16 D17 D18 D19 D20 D21 D22 D23 D24 D25 D26 D27 D28 D29 D30 D31 ENERO 8.3 27.8 18.6 5.6 6.1 9.4 13.9 8.9 8.3 13.9 8.3 6.1 21.7 12.8 5.6 12.8 19.4 12.2 7.2 7.2 7.2 6.9 18.9 13.9 8.3 6.7 11.1 8.3 6.7 7.2 6.1 FEBRERO 6.7 8.3 7.2 11.1 7.2 6.7 20 16.9 7.2 13.9 10 6.9 7.5 8.3 6.1 19.4 12.8 11.1 9.4 6.7 12.8 21.4 10 7.8 14.7 7.5 12.8 10.3 MARZO 8.3 8.3 9.4 8.3 7.8 14.4 11.7 9.2 12.2 7.8 7.2 7.2 8.3 7.5 8.3 7.2 8.3 14.7 10.6 9.2 7.2 9.4 12.8 10 8.9 16.7 9.2 8.9 24.7 22.8 8.3 ABRIL 10 11.1 8.9 7.2 10 8.9 6.7 22.2 23.6 10 7.2 8.3 7.8 7.2 6.7 7.5 7.8 8.9 8.3 10 8.9 8.3 8.3 7.2 7.8 9.7 7.8 8.9 8.9 7.5 MAYO 6.9 8.3 7.8 8.9 10 7.2 8.9 9.4 10 10 8.9 7.8 8.9 9.4 7.8 7.8 10 7.8 8.3 9.4 13.3 8.7 7.8 8.6 9.4 4.4 12.5 11.7 11.1 8.3 JUNIO 7.2 7.2 16.7 6.7 8.3 7.8 8.3 11.1 7.2 7.8 7.2 8.3 8.3 8.3 7.2 7.8 9.4 10 7.8 9.4 7.8 6.7 8.3 11.7 8.9 16.7 10 6.1 6.1 6.9 JULIO 6.7 7.8 7.2 7.8 7.2 8.3 10.8 7.2 7.2 7.2 7.8 8.9 7.2 7.2 6.7 10.3 10 9.2 12.2 12.2 7.2 6.7 7.8 7.2 15.3 8.9 6.1 6.7 6.1 7.2 7.2 AGOSTO 7.8 5.6 6.7 6.1 6.4 8.1 6.9 7.8 7.2 6.9 7.2 7.8 11.7 11.1 13.9 12.8 6.7 11.1 8.9 7.8 8.9 8.3 12.8 6.9 12.5 8.9 7.8 7.8 12.2 11.1 9.7 SEPTIEMBRE 6.9 9.4 10.8 7.8 7.2 12.2 7.2 7.8 8.1 6.4 6.9 7.8 9.4 9.4 13.1 10 10 5.6 7.5 6.7 6.4 6.7 11.1 6.7 6.7 6.7 9.4 16.7 17.5 21.7 OCTUBRE 15 6.7 10 15 15 9.7 12.2 6.7 6.9 8.1 7.5 7.2 7.2 6.7 15 7.8 14.4 13.9 16.1 13.9 16.1 11.1 7.2 8.9 7.8 8.3 21.1 6.1 5.8 8.3 NOVIEMBRE 8.9 8.9 6.7 6.7 7.2 5.8 9.2 13.9 15.6 15.6 11.7 10 10 7.8 6.1 6.7 7.2 16.1 20.6 12.2 5.6 6.7 6.1 21.7 6.6 5.6 8.9 30 12.2 4.4 DICIEMBRE 7.2 5.8 5 6.4 15 15.3 8.3 8.3 5 18.7 6.1 5.3 18.3 16.7 6.7 28.3 20.6 6.1 12.2 7.2 6.1 7.8 16.7 13.9 7.2 5.8 6.9 6.4 21.7 15 Fuente: CONAGUA, Estación 30692, Veracruz, Ver. 66 9.4 6.1 7.2 Se introducen los datos de la tabla 6 de en el programa. FIGURA 16 interfaz de programa ReliaSoft Weibull ++ 7. Una vez que se insertaron todos los datos en el software, se procede a calcular la distribución de Weibull y para su mejor visualización se gráfica: 67 GRÁFICO 5 en él se muestran los resultados de ReliaSoft Weibull ++ 7.después de introducir los datos De esta manera se visualiza de manera más sencilla la distribución de la frecuencia de la velocidad de los vientos predominantes en el emplazamiento escogido. La línea de azul en la gráfica muestran los datos de la velocidad del viento que se presentaron en un año. La tabla 12 muestra los resultados de la simulación de ReliaSoft Weibull ++ 7. : 68 Tabla 11-Tabla de resultados de la simulación de ReliaSoft Weibull ++ 7. Distribución Weibull – 1p Análisis EMV Metodo para LC MF Rango MED Beta 1 Eta 9.599489796 Valor de LK -1278.590301 Fallas \ Susp 392 \ 0 Gráficamente se puede determinar la velocidad de viento que tendrá más probabilidad de presentarse o que tendrá la mayor frecuencia en el emplazamiento. 69 ReliaSoft Weibull++ 7 - www.ReliaSoft.com Histograma de F/S 0.200 Histograma F/S Línea de la Fdp VELOCIDADES 0.160 0.120 Valor 0.080 0.040 0.000 0-3.5 3.5-7.0 7.0-10.5 10.5-14.0 14.0-17.5 17.5-21.0 21.0-24.5 24.5-28.0 28.0-31.5 31.5-35.0 35.0-38.5 38.5-42.0 ENOC VIDAL UV 09/11/2011 02:31:42 p.m. Período GRÁFICO 6: Histograma de los valores obtenidos por el análisis de WEIBULL++7 70 En el Gráfico 6 se puede observar gráficamente que los valores de mayor frecuencia están entre 7.0 y 10.5 m/s de esta manera se determina que la velocidad que tendrá la mayor frecuencia es de 7.8 m/s. Velocidad frecuente en el emplazamiento 7.8 m/s para confirmar los valores obtenidos en el paso anterior realizaremos el Cálculo de la F.D.P, por pasos. Tabla 12: Valores para simulación de Weibull (elaboración propia) PROMEDIO 9.23 m/s ANUAL DESVIACIÓN 1.071776146 ESTANDAR VARIANZA Pv 1.148704108 k v c c k 1 e v c k (4.5) El valor de k está determinado por la ecuación 4.7 debido a que es la que más se aproxima al modelo de nuestro fenómeno pues sólo contamos con velocidades promedio diarias de un año. . c c Vm 1 1 k (4.6) k 0.94Vm (4.7) 0.5 Vm (4.8) C0 C1 x C2 x 2 C3 x3 C4 x 4 71 Tabla 13: resultados de simulación en hojas de cálculo de programa Excel (elaboración propia) c0 0.886259 c1 0.008529 c2 0.025775 c3 -0.00212 c4 0.000664 Después de evaluar los valores de Weibull en una hoja de Excel se obtuvieron los siguientes resultados: Tabla 14 resultados de f.d.p. Weibull (elaboración propia). varianza media k 2.857187547 varianza media x 0.600021898 varianza media C 10.36958058 varianza media P(V) 0.108340764 72 0.14 0.12 P(v) 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 VELOCIDAD DEL VIENTO (m/s) GRÁFICO 7 de F.D.P. de Weibull (Elaboración propia) Con los datos obtenidos en el análisis de Weibull y la cantidad de energía disponible en el año por metro cuadrado se seleccionará un aerogenerador comercial, en este caso de la compañía de Wind Spot ® cuya ficha técnica se encuentra en la página de la compañía y se muestra a continuación. 73 Tabla 15 Ficha técnica descriptiva de aerogenerador Wind Spot ® de 3.5 kw a 250 rpm. Como se puede observar en la tabla 16 el aerogenerador necesita velocidades entre 3 m/s y 12 m/s, haciendo uso de la F.D.P. obtenida anteriormente sabremos cuantas horas al año generaremos energía en el rango que indica el fabricante. 74 Tabla 16 energía aprovechada por aéreo generador en un año velocidad (m/s) 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 P(v) Horas al año potencia (w) energía (Whr) 0.019 0.024 0.028 0.032 0.036 0.041 0.045 0.049 0.053 0.056 0.060 0.064 166 206 245 282 319 355 391 426 461 495 529 562 4,437 201 477 931 1,609 2,556 3,815 5,432 7,451 9,917 12,876 16,370 20,446 33,414 98,260 227,953 454,569 816,067 1,356,142 2,124,100 3,174,754 4,568,333 6,370,399 8,651,779 11,488,497 39,364,267 Energía al 30% (WHr)* 10,024 29,478 68,386 136,371 244,820 406,843 637,230 952,426 1,370,500 1,911,120 2,595,534 3,446,549 11,809,280 *se usa el 30% por las razones que indica el fabricante en su manual En un año tenemos, que equivalen a 11,809.28 KW-hora-año Consumo de energía anual de un Energía Generada en un año equipo de A/A 10,804 KW-hora-año 11,809.28 KW-hora-año 75 CONCLUSIÓN Los cálculos de la carga térmica de la vivienda mostraron que los equipos que se requieren para satisfacer el aspecto de acondicionamiento térmico se encuentran dentro de los estándares comerciales, por lo tanto se usa un equipo de 3.2 kw de consumo. Al seleccionar los equipos necesarios y obtener la carga total de consumo de los mismos, se procedió a determinar el potencial eólico en el lugar. El análisis analítico nos dio como resultado un valor que satisface el consumo energético anual del equipo de aire acondicionado. De acuerdo con estos cálculos se necesita satisfacer una demanda de ER= 10,804 KW-hora-año El análisis de la probabilidad de Weibull nos arroja que tenemos la probabilidad de generar EG=11,809.28 KW-hora-año, durante el año de 2003. Utilizando un equipo aerogenerador Wind Spot ® de 3.5 kw a 250 rpm EG ≥ ER 11,809.28 KW-hora-año ≥ 10,804 KW-hora-año Por lo tanto si el usuario hubiese instalado un equipo aerogenerador en el año 2003 hubiese tenido un ahorro total en el consumo eléctrico de un equipo de aire acondicionado y un excedente de 1,005.28 KW-hora-año para aportar a la red o suministrar al consumo de los demás electrodomésticos o iluminación. 76 Lista de símbolos f(v) = Función de densidad de probabilidad de Weibull. La probabilidad de encontrar una velocidad de viento de V en m/s. A = área de la superficie (m2) A = área interceptada (m2) c = Factor de escala de Weibull, el cual típicamente se relaciona con la velocidad promedio del viento promedio del factor de forma expresado en m/s. EG= Energía Generada ER= Energía Requerida h1 = convección debida al aire exterior (W/m2 °C) h2 = convección debida al aire interior (W/m2 °C) k = Factor de forma Weibull, el cual describe la distribución de las velocidades del viento. k = Resistencia termina del material (W/m °C) q = Transferencia de calor a través de una pared plana (W) t = tiempo TA = Temperatura del medio ambiente exterior (°C) TB = temperatura del medio interior (°C) Tm= Temperatura promedio Tm= Temperatura promedio V = Velocidad del viento promedio Z= altura sobre el nivel del mar Z= altura sobre el nivel del mar Δx = espesor del material (m) ρ sm= densidad del aire mensual 77 ANEXOS ÍNDICE DE TABLAS. Tabla 1: Datos principales del emplazamiento. 19,20 Tabla 2: Resultados de la transferencia de calor en la casa habitación debido a la temperatura exterior. 44 Tabla 3: Ganancia de calor por electrodomésticos y equipos de oficina. 38 Tabla 4: Censo de Cargas para la Planta Baja 39 Tabla 5: Censo de Cargas para la Planta Alta 39 Tabla 6: Ganancias debidas al alumbrado 41 Tabla 7 Resultados de análisis para cargas por iluminación 47 Tabla 8: Resultados de los cálculos totales de carga térmica en la casa habitación. 58 Tabla 9: Datos técnicos de los equipos de aire acondicionado que se utilizaran. 59 Tabla 10: tabla de valores para el cálculo de la energía disponible en Veracruz. 61 Tabla 11: Desglose de la velocidad del viento medida a lo largo del año 2003 en el puerto de Veracruz. 61 Tabla 12: Resultados de la simulación de Relia Soft Weibull ++7 67 Tabla 13: Valores para simulación de Weibull. 69 Tabla 14: Resultados de la simulación en hojas de cálculo de programa Excel. 70 Tabla 15: Desglose de la energía suministrada por el generador a lo largo de un año. 70 Tabla 16: Ficha técnica descriptiva de aerogenerador Wind Spor ® de 3.5 Kw a 250 rpm 72 ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1: Parque eólico de la ventosa Oaxaca 10 Figura 2: Parque eólico de la ventosa Oaxaca. 12 Figura 3 Esquema elemental de un equipo de aire acondicionado 15 Figura 4: Sistema de enfriamiento y calefactor de Carrier. 16 Figura 5: Foto satelital del Puerto de Veracruz. 17 78 Figura 6: Diagrama de la transferencia de calor global a través de una pared plana 48 Figura 7: Gráfica que muestra la variación de la temperatura de la piel con respecto a la velocidad del viento. 50 Figura 8: Croquis de planta baja 24 Figura 9: Cuarto No. 1 de planta alta 29 Figura 10: Cuarto No. 2 de planta alta 32 Figura 11: Cuarto No. 3 de planta alta 34 Figura 12: Cuarto No. 4 de planta alta 36 Figura 13: Representación simplificada del cuerpo humano para el cálculo de la transferencia de calor 45 Figura: 14: Interfaz del software COOLPACK con los resultados de carga para un aire acondicionado tipo ventana. 62 Figura 15: Área A barrida por el rotor de diámetro D. 60 FIGURA 16: Interfaz de programa ReliaSoft Weibull ++ 7 65 79 Anexo 1: Tabla de propiedades térmicas de los metales. 80 Anexo 2: Tabla de propiedades térmicas de los metales (continuación). 81 Anexo 3: Propiedades térmicas de los no metales. 82 Anexo 4: Propiedades térmicas de los no metales (continuación). 83 84 1 AA-001 2 AA-001 4 3 2 Bar N±0.00 N-0.20 Jardín proyección de volado N±0.00 Estancia proyección de arco Acceso N-0.36 N-0.18 N±0.00 B N±0.00 Acceso Sube a P.A. Cocina N±0.00 proyección de volado N-0.18 Cochera N+2.34 N+0.36 N±0.00 Lavado N+1.98 Comedor N+2.16 N+0.54 3 AA-001 N+2.70 N-0.18 N+1.80 N+0.72 1 N+2.52 N+0.18 N±0.00 AA-001 5 proyección de volado N+1.62 N+1.08 N+0.90 AA-001 7 AA-001 7 3 AA-001 1 AA-001 2 AA-001 N-0.18 proyección de volado AA-001 6 AA-001 6 AREA INTERIOR = 51.22 m2 AA-001 5 AA-001 4 AA-001 4 N-0.36 Jardín Baño N-0.72 RE MB IE PT SE N-0.15 TL CA ÉN OT DE 0 XIC 16 N+1.26 N+1.44 1 RIA MA NO DO BE CO ES PLANTA BAJA CASA XICOTÉNCATL SUMINISTRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A UN EQUIPO DE AIRE ACONDICIONADO MEDIANTE ENERGÍA EÓLICA XICOTÉNCATL 834, COL. RICARDO FLORES MAGON , VERACRUZ, VERACRUZ-LLAVE, MÉXICO N-0.54 N±0.00 A proyección de arco C NO ILIA EM TA PA ZA XIC TL CA ÉN OT 16 DE RE MB IE PT SE RIA MA NO DO BE CO ES 3 AA-001 2 AA-001 1 AA-001 A EJE 4 AA-001 N+1.80 N+0.72 N+1.98 N+0.54 N+2.16 proyección de volado N+1.62 N+2.70 N+1.08 N+0.90 Recámara N+2.70 Recámara proyección de volado 5 AA-001 N+1.44 N+1.26 4 AA-001 N+2.34 N+0.36 N+0.18 5 AA-001 N+2.52 N+2.70 EJE 6 AA-001 proyección de volado N+2.70 Recámara Vacío N+2.70 Recámara N+2.70 Baño proyección de volado proyección de ventilación en losa 7 AA-001 B Vacío Baja a P.B. N+2.70 Vestíbulo 6 AA-001 7 AA-001 C EJE 3 AA-001 2 AA-001 2 0 1 2 3 4 1 AA-001 PLANTA ALTA SUMINISTRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A UN EQUIPO DE AIRE ACONDICIONADO MEDIANTE ENERGÍA EÓLICA CASA XICOTÉNCATL AREA INTERIOR = 81.07 m2 XICOTÉNCATL 834, COL. RICARDO FLORES MAGON , VERACRUZ, VERACRUZ-LLAVE, MÉXICO 85 3 AA-001 2 AA-001 1 AA-001 A E JE 4 4 AA-001 AA-001 5 AA-001 5 AA-001 Vac ío P endi ente B E JE 6 6 AA-001 AA-001 i en nd Pe te m ín im a 2% Vac ío 7 AA-001 7 AA-001 C E JE 1 2 3 4 3 AA-001 2 AA-001 1 AA-001 SUMINISTRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A UN EQUIPO DE AIRE ACONDICIONADO MEDIANTE ENERGÍA EÓLICA XICOTÉNCATL 834, COL. RICARDO FLORES MAGON , VERACRUZ, VERACRUZ-LLAVE, MÉXICO PLANTA DE CUBIERTAS 3 CASA XICOTÉNCATL AREA INTERIOR = 59.20 m2 86 16 DE RE MB IE PT SE Recámara Recámara NPT+2.70 Jardín NPT-0.18 NO DO BE CO ES C B NPT+2.70 NPT+2.70 Acceso NPT±0.00 Recámara Baño NPT+2.70 Cochera NPT-0.18 A C B A A B C RIA MA Recámara NPT+2.70 Comedor Cocina Comedor NPT±0.00 NPT±0.00 NPT±0.00 Baño NPT-0.72 4 SECCIÓN 1-1 SECCIÓN 2-2 CASA XICOTÉNCATL CASA XICOTÉNCATL SECCIÓN TRANSVERSAL 5 SECCIÓN 3-3 6 SECCIÓN TRANSVERSAL CASA XICOTÉNCATL SECCIÓN TRANSVERSAL SUMINISTRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A UN EQUIPO DE AIRE ACONDICIONADO MEDIANTE ENERGÍA EÓLICA XICOTÉNCATL 834, COL. RICARDO FLORES MAGON , VERACRUZ, VERACRUZ-LLAVE, MÉXICO 87 Recá mara NPT+ 2.70 1 2 3 4 5 6 Terraza Recá mara NPT+ 2.70 SECCIÓN 5-5 NPT+ 2.70 8 CASA XICOTÉNCATL SECCIÓN LONGITUDINAL C ocina NPT± 0.00 1 2 Lavado NPT-0 .18 3 4 5 6 C ochera NPT-0 .18 SECCIÓN 4-4 7 Terraza Recá mara Recá mara NPT+ 2.70 NPT+ 2.70 NPT+ 2.70 CASA XICOTÉNCATL SECCIÓN LONGITUDINAL C ocina NPT± 0.00 C ochera NPT-0 .18 Lavado NPT-0 .18 Baño NPT- 0.72 SUMINISTRO DE ENERG ÍA ELÉCTRI CA A UN EQ UIPO DE AIRE ACONDI CI ONADO MEDI ANTE ENERG ÍA EÓLICA XICOTÉNCATL 834, CO L. RICARDO FLO RES MAGON , VERACRUZ, VERACRUZ-LLAVE, MÉXICO 88 NO ILIA EM TA PA ZA XIC TL CA ÉN OT 16 DE RE MB IE PT SE RIA MA NO DO BE CO ES 1 2 3 4 5 6 15.00 14.85 CP-01 CP-01 CP-01 CP-01 CP-01 CT-01 CP-02 CP-02 CP-02 CP-02 CT-01 CP-01 N-0.15 Jardín CT-02 CP-02 N±0.00 Comedor CT-01 CT-01 N±0.00 Estancia CT-02 CP-02 Jardín N-0.20 3.23 CT-01 3.55 CT-02 EJE K-01 K-02 K-02 K-02 K-03 CT-02 CT-01 CP-01 N+2.19 Lavado CT-02 CP-02 N±0.00 Cocina CP-01 CT-02 CT-02 CP-01 CT-01 N-0.20 Cochera K-03 CT-02 A 6.93 CT-01 3.23 CT-02 6.78 CT-02 K-01 K-02 K-02 CT-02 CT-01 6.93 6.78 3.45 CT-02 CT-01 EJE 3.45 K-02 EJE B 1.95 K-03 K-03 A 3.45 B EJE 3.55 2.55 0.15 0.15 0.15 0.15 muro de block 0.15 4 Varillas #3 ( 38") Est. #2 ( 41 ") @ 15 cms Armex de 15x15 cm. muro de block 0.15 0.15 6 Varillas #3 ( 38") Est. #2 ( 41 ") @ 15 cms 0.25 proyeccion de armado de castillos CASTILLO K-02 CASTILLO K-01 proyeccion de armado de castillos ESC 1:10 ESC 1:10 CASTILLO K-03 losa de concreto ESC 1:10 0.10 CP-01 CP-01 CP-01 CP-01 0.12 CP-01 0.12 Base en cementante o grava en grena capas de 25 a 30 cms Base en cementante o grava en grena capas de 25 a 30 cms Contratrabe con 4Ø#4 y e#2@15 0.33 0.15 0.33 Contratrabe con 4Ø#4 y e#2@15 0.15 0.15 4 Varillas #3 ( 38 ") Est. #2 ( 41 ") @ 15 cms Armex de 15x20 cm 0.20 4 varillas #4 ( 21 ") 2 varillas #3 ( 38") Est. #2 ( 41 ") @ 15 cms 0.20 0.25 0.20 CT-02 CT-01 K-01 CT-02 K-02 CT-02 K-02 CT-01 K-02 K-02 EJE K-01 C C EJE 0.20 DETALLE A ESTRUCTURA DETALLE B ESTRUCTURA ESC 1:10 ESC 1:10 TRABE T-01 TRABE T-02 ESC 1:10 ESC 1:10 TRABE T-03 ESC 1:10 0.15 0.15 0.20 6 Varillas #3 (38 ") Est. #2 ( 41 ") @15 cms 4 Varillas #3 ( 38") Est. #2 ( 41 ") @15 cms Armex de 15x20 cm 0.20 0.20 0.30 CONTRATRABE CT-01 ESC 1:10 CONTRATRABE CT-02 ESC 1:10 CONTRATRABE CT-03 ESC 1:10 2.55 3.45 1.95 3.45 3.45 Rollizo de pino de 6" de diámetro tratado con sales de cobre 14.85 COLUMNA CL-01 ESC 1:10 Armex de 15x15 cm. COLUMNA CL-02 ESC 1:10 15.00 1 2 3 4 5 6 PLANTA BAJA 1 CASA XICOTÉNCATL PLANTA DE CIMENTACIÓN SUMINISTRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A UN EQUIPO DE AIRE ACONDICIONADO MEDIANTE ENERGÍA EÓLICA XICOTÉNCATL 834, COL. RICARDO FLORES MAGON , VERACRUZ, VERACRUZ-LLAVE, MÉXICO 89 NO ILIA EM TA PA ZA XIC TL CA ÉN OT 16 DE RE MB IE PT SE RIA MA NO DO BE CO ES 1 2 Losa de entrepiso de concreto armado f'c=200 kg/cm² de 10 cm. de espesor; armada con varilla (f'y=4,200 kg/cm²) de 3 8" @ 15 cm. 3 4 Losa de entrepiso de concreto armado f'c=200 kg/cm² de 10 cm. de espesor; armada con varilla (f'y=4,200 kg/cm²) de 3 8" @ 15 cm. 5 Losa de entrepiso de concreto armado f'c=200 kg/cm² de 10 cm. de espesor; armada con varilla (f'y=4,200 kg/cm²) de 3 8" @ 15 cm. 6 15.00 14.85 3.45 3.45 T-01 A K-02 K-02 K-02 T-03 EJE T-01 T-01 T-01 EJE proyección de losa T-01 1 varilla de 3 8" @ 15 cm. en ambos sentidos. Recámara T-01 N+2.70 Vacío T-01 1 varilla de 3 8" @ 15 cm. en ambos sentidos. Recámara N+2.70 T-02 1 varilla de 3 8" @ 15 cm. en ambos sentidos. T-02 proyección de losa 3.23 1.95 K-03 K-03 A 3.45 3.23 2.55 proyección de losa 0.15 T-01 6.93 T-01 6.78 T-02 N+2.70 Vestíbulo 6.93 6.78 Vacío T-02 K-02 T-02 K-02 K-02 K-03 EJE K-03 B 0.15 B 0.15 0.15 muro de block muro de block 0.15 4 Varillas #3 ( 38") Est. #2 ( 41") @ 15 cms Armex de 15x15 cm. 0.15 0.15 6 Varillas #3 ( 38") Est. #2 ( 41") @ 15 cms 0.25 proyeccion de armado de castillos CASTILLO K-02 CASTILLO K-01 proyeccion de armado de castillos EJE ESC 1:10 ESC 1:10 CASTILLO K-03 losa de concreto ESC 1:10 0.10 0.12 0.12 Base en cementante o grava en grena capas de 25 a 30 cms Base en cementante o grava en grena capas de 25 a 30 cms Contratrabe con 4Ø#4 y e#2@15 0.33 0.15 0.33 Contratrabe con 4Ø#4 y e#2@15 0.15 0.15 4 Varillas #3 ( 38") Est. #2 ( 41 ") @ 15 cms Armex de 15x20 cm 0.20 4 varillas #4 ( 21 ") 2 varillas #3 ( 38") Est. #2 ( 41") @ 15 cms 0.20 0.25 0.20 0.20 DETALLE A ESTRUCTURA DETALLE B ESTRUCTURA ESC 1:10 ESC 1:10 TRABE T-01 TRABE T-02 ESC 1:10 ESC 1:10 TRABE T-03 ESC 1:10 0.15 0.15 0.20 6 Varillas #3 (38 ") Est. #2 ( 41 ") @15 cms 4 Varillas #3 ( 38") Est. #2 ( 41") @15 cms Armex de 15x20 cm 0.20 0.20 0.30 CONTRATRABE CT-01 CONTRATRABE CT-02 ESC 1:10 ESC 1:10 CONTRATRABE CT-03 T-01 T-01 3.45 1.95 3.45 3.55 Rollizo de pino de 6" de diámetro tratado con sales de cobre COLUMNA CL-01 ESC 1:10 Armex de 15x15 cm. COLUMNA CL-02 ESC 1:10 C K-02 K-02 T-01 proyección de losa T-02 @ 15 cm. 1 varilla de 3 8" @ 15 cm. en ambos sentidos. N+2.70 8" Recámara T-02 3 N+2.70 Baño 2.55 K-02 T-01 EJE 1 varilla de T-02 1 varilla de 3 8" @ 15 cm. en ambos sentidos. Recámara N+2.70 K-03 C T-02 proyección de losa Vacío 3.55 ESC 1:10 EJE 3.45 14.85 15.00 PLANTA DE ESTRUCTURA N+2.70 90 1 CASA XICOTÉNCATL 2 2 Losa de entrepiso de concreto armado f'c=200 kg/cm² de 10 cm. de espesor; armada con varilla (f'y=4,200 kg/cm²) de 3 8" @ 15 cm. 3 Losa de entrepiso de concreto armado f'c=200 kg/cm² de 10 cm. de espesor; armada con varilla (f'y=4,200 kg/cm²) de 3 8" @ 15 cm. 4 Losa de entrepiso de concreto armado f'c=200 kg/cm² de 10 cm. de espesor; armada con varilla (f'y=4,200 kg/cm²) de 3 8" @ 15 cm. 5 6 PLANTA PRIMER NIVEL SUMINISTRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A UN EQUIPO DE AIRE ACONDICIONADO MEDIANTE ENERGÍA EÓLICA NORTE XICOTÉNCATL 834, COL. RICARDO FLORES MAGON , VERACRUZ, VERACRUZ-LLAVE, MÉXICO NO ILIA EM TA PA ZA XIC TL CA ÉN OT 16 DE RE MB IE PT SE Losa de azotea de concreto armado f'c=150 kg/cm² de 8 cm. de espesor; armada con varilla (f'y=4,200 kg/cm²) de 3 8" @ 15 cm. NO DO BE CO ES 1 2 3 Losa de azotea de concreto armado f'c=150 kg/cm² de 8 cm. de espesor; armada con varilla (f'y=4,200 kg/cm²) de 3 8" @ 15 cm. 4 Losa de azotea de concreto armado f'c=150 kg/cm² de 8 cm. de espesor; armada con varilla (f'y=4,200 kg/cm²) de 3 8" @ 15 cm. 5 6 Losa de azotea de concreto armado f'c=150 kg/cm² de 8 cm. de espesor; armada con varilla (f'y=4,200 kg/cm²) de 3 8" @ 15 cm. RIA MA 15.00 14.85 3.45 A K-02 K-02 T-01 T-01 T-01 EJE proyección de losa T-01 1 varilla de 3 8" @ 15 cm. en ambos sentidos. Recámara T-01 N+2.70 T-01 1 varilla de 3 8" @ 15 cm. en ambos sentidos. N+2.70 Recámara T-02 3.55 6.78 proyección de losa T-02 8" @ 15 cm. EJE 0.15 0.15 0.15 0.15 muro de block muro de block 0.15 4 Varillas #3 ( 38 ") Est. #2 ( 41 ") @ 15 cms Armex de 15x15 cm. 0.15 0.15 6 Varillas #3 ( 38") Est. #2 ( 41 ") @ 15 cms 0.25 proyeccion de armado de castillos CASTILLO K-02 CASTILLO K-01 proyeccion de armado de castillos ESC 1:10 ESC 1:10 CASTILLO K-03 losa de concreto ESC 1:10 0.10 0.12 0.12 Base en cementante o grava en grena capas de 25 a 30 cms Base en cementante o grava en grena capas de 25 a 30 cms Contratrabe con 4Ø#4 y e#2@15 0.33 0.15 0.33 Contratrabe con 4Ø#4 y e#2@15 0.15 0.15 4 Varillas #3 ( 38") Est. #2 ( 41") @ 15 cms Armex de 15x20 cm 0.20 4 varillas #4 ( 12") 2 varillas #3 ( 38 ") Est. #2 ( 41 ") @ 15 cms 0.20 0.25 C K-02 K-02 T-01 B T-01 1 varilla de 3 8" @ 15 cm. en ambos sentidos. N+2.70 3 Recámara T-02 1 varilla de N+2.70 Baño T-01 T-02 3.55 6.93 6.78 N+2.70 K-02 Indica cambio de altura de losa por ventilación en baño. T-01 EJE Vestíbulo T-02 K-03 1 varilla de 3 8" @ 15 cm. en ambos sentidos. N+2.70 Recámara T-02 proyección de losa Vacío C @ 15 cm. T-02 K-02 8" T-02 K-02 3 T-02 Vacío 1 varilla de K-02 K-03 K-03 B 6.93 T-01 1 varilla de 3 8" @ 15 cm. en ambos sentidos. T-02 proyección de losa 3.23 3.45 K-02 T-03 EJE EJE 1.95 K-03 K-03 A 3.45 3.23 2.55 T-01 0.20 0.20 DETALLE A ESTRUCTURA DETALLE B ESTRUCTURA ESC 1:10 ESC 1:10 TRABE T-01 TRABE T-02 ESC 1:10 ESC 1:10 TRABE T-03 ESC 1:10 0.15 EJE 0.15 0.20 6 Varillas #3 ( 38") Est. #2 ( 41 ") @15 cms 4 Varillas #3 ( 38") Est. #2 ( 41 ") @15 cms Armex de 15x20 cm 0.20 0.20 0.30 CONTRATRABE CT-01 CONTRATRABE CT-02 ESC 1:10 ESC 1:10 CONTRATRABE CT-03 2.55 3.45 1.95 3.45 ESC 1:10 3.45 Rollizo de pino de 6" de diámetro tratado con sales de cobre 14.85 COLUMNA CL-01 ESC 1:10 Armex de 15x15 cm. COLUMNA CL-02 ESC 1:10 15.00 1 2 Losa de azotea de concreto armado f'c=150 kg/cm² de 8 cm. de espesor; armada con varilla (f'y=4,200 kg/cm²) de 3 8" @ 15 cm. 3 Losa de azotea de concreto armado f'c=150 kg/cm² de 8 cm. de espesor; armada con varilla (f'y=4,200 kg/cm²) de 3 8" @ 15 cm. 4 Losa de azotea de concreto armado f'c=150 kg/cm² de 8 cm. de espesor; armada con varilla (f'y=4,200 kg/cm²) de 3 8" @ 15 cm. 5 6 PLANTA SEGUNDO NIVEL 3 CASA XICOTÉNCATL PLANTA DE ESTRUCTURA N+5.70 SUMINISTRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A UN EQUIPO DE AIRE ACONDICIONADO MEDIANTE ENERGÍA EÓLICA XICOTÉNCATL 834, COL. RICARDO FLORES MAGON , VERACRUZ, VERACRUZ-LLAVE, MÉXICO 91 ILIA EM NO ZA PA TA TL CA ÉN OT XIC 2-12 C-1 16 DE SE IE PT RE MB 2-12 C-1 N-0.72 Baño N-0.54 3 AA-001 2 AA-001 1 AA-001 N-0.36 N-0.18 2-14 C-1 RIA MA NO ES B CO O ED N±0.00 SIMBOLOGIA ELECTRICA A C-2 2-12 EJE C-2 2-12 C-2 2-12 LINEA ENTUBADA POR PISO TIMBRE B 2-12 C-2 2-14 C-2 2-14 C-1 Sube a P.A. N±0.00 Acceso proyección de arco LINEA ENTUBADA POR MURO O LOSA 5 AA-001 2-14 N+2.70 2-12 C-2 N+2.52 N±0.00 N+0.18 N±0.00 Cocina N+2.34 2-12 C-2 N+2.16 N+0.36 C-2 2-12 3-14 C-1 N+0.54 INTERRUPTOR DE SEGURIDAD TABLERO DE DISTRIBUCION proyección de volado N+1.98 N-0.18 N+1.80 N+0.72 Lavado N+0.90 2-12 C-2 2-12 N+1.62 2-12 C-2 N+1.08 MEDIDOR CFE 4 AA-001 C-2 2-12 2-12 C-1 2-12 C-1 APAGADOR SENCILLO EJE 6 AA-001 2-14 C-1 APAGADOR DE TRES VIAS SALIDA FLOURESCENTE DE CENTRO CAPACIDAD DE 34 W C/U N-0.15 Jardín SALIDA A SPOT 2-12 C-2 ARBOTANTE DE 60 W c/u ARBOTANTE EXTERIOR DE 60 W c/u 7 AA-001 C-2 2-12 2-12 C-1 2-12 Bar N±0.00 C-1 proyección de volado 2-12 C-2 proyección de arco 2-12 C-1 N±0.00 Estancia 2-14 Comedor C-2 N±0.00 C-1 2-14 C-1 2-12 2-14 N±0.00 AccesoC-1 proyección de volado N-0.20 Jardín 7 AA-001 N+1.26 N-0.18 Cochera N-0.18 N-0.36 6 AA-001 N+1.44 C-1 3-14 5-14 2-12 2-12 C-1 proyección de volado 5 AA-001 C-1 4 AA-001 ACOMETIDA CFE 2-12 C-1 CONTACTO POLARIZADO SENCILLO C 2 DOS CONTACTOS POLARIZADOS SENCILLOS EJE 0 1 2 3 4 M MOTOR DE BOMBA DE AGUA 1 HP TV SALIDA PARA TELEVISION TV REGISTRO PARA TELEVISION T SALIDA PARA TELEFONIA T REGISTRO PARA TELEFONIA 2-12 INDICA NUMERO Y CAPACIDAD DEL CONDUCTOR 3 AA-001 2 AA-001 1 AA-001 PLANTA BAJA 1 CASA VASCONCELOS INSTALACIÓN ELÉCTRICA SUMINISTRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A UN EQUIPO DE AIRE ACONDICIONADO MEDIANTE ENERGÍA EÓLICA XICOTÉNCATL 834, COL. RICARDO FLORES MAGON , VERACRUZ, VERACRUZ-LLAVE, MÉXICO 92 8 BIBLIOGRAFÍA Y REFERENCIAS. Libros: “Energía eólica”. - Villarubia, Miguel. – Ediciones Ceac. – España, 2004. “Guía del instalador de energías renovables; energía fotovoltaica, energía térmica, energía eólica, climatización”. – Perales Benito, Tomas. – Editorial Limusa. – México 2007. “Manual de energía eólica”. – Escudero López, J. M. – 2ª edición corregida. – Grupo Mundi – Prensa. – Madrid, 2008. “Manual de instalaciones de ventilación y climatización”. – Blanes, Octavio. – Ediciones Ceac. – Barcelona 1997. “Meteorological aspects of the utilization of wind as an energy source”. – World Meteorogical Organization. – Secretariat of the World Meteorogical Organization. – Geneva 1981. “Transferencia de calor”. – Holman, Jack Philip. – Ediciones Cecsa. – Mexico 1986. Artículos: “Aerogeneradores de potencia inferior a 100 kW”. – Cuesta Santianes, María José. – Centro de investigaciones energéticas, medioambientales y tecnológicas. – Ministerio de ciencia e innovación. – España, 2008. “Diseño y construcción de un prototipo de generador Eólico de eje vertical”.Antezana Núñez, Juan Cristóbal.- Universidad de Chile.- Facultad de ciencias físicas y matemáticas.- Departamento de Ingeniería Eléctrica.- Santiago de Chile.Septiembre de 2004. 93 “Guía para la utilización de la energía eólica para generación de energía eléctrica”. – Unidad de planeación minero energética. – Bogotá, marzo 2003. “Simulación de la transferencia de calor en humanos”. – Romeo Giménez, L.M. – Fundación CIRCE. – Universidad de Zaragoza. – Centro Politécnico Superior. – Zaragoza, 2004. 94 Internet: http://www.dolzhnos.com.ar/htm/densidad_del_aire.htm http://www.talentfactory.dk/es/ http://www.fisicarecreativa.com/informes/infor_mecanica/cuerdas1.pdf http://usuarios.multimania.es/arquillos/prob01BC.htm http://www.language.iastate.edu/sp304/2007/pt4/index_files/Page426.htm http://www.elaireacondicionado.com/articulos/historia_aire_acondicionado.html http://www.elmaster.com/uploads/post_files/documentacion_m_instalacion_hlca12i nstalacionesp.pdf http://www.scribd.com/doc/1008574/FUNCIONAMIENTO-DEL-CIRCUITO-DEAIRE-ACONDICIONADO http://www.elaireacondicionado.com/articulos/historia_aire_acondicionado.html http://www.mapamexico.com.mx/Mapa_Satelital_Foto_Imagen_Satelite_Veracruz_VeracruzLlave_Mexico.htm http://teide.cps.unizar.es:8080/pub/publicir.nsf/codigos/0237/$FILE/cp0237.pdf http://editorial.cda.ulpgc.es/ftp/ambiente/00-Apuntes-2006/1Fundamentos/C+0%20Intercambio%20de%20calor%20entre%20el%20cuerpo%2 0humano%20y%20el%20ambient.pdf http://www.scribd.com/doc/2444822/aerogenerador 95