INSTITUTO TECNOLGICO SUPERIOR PROGRESO

Taller de investigacin ll

Proyecto:Ventilador Fresh

Alumnos:Ivan Alfredo Gonzalez CuLuis Martin Puch Baas

Maestro:Jos Luis Ocho Cisneros

27/noviembre/15

TABLA DE CONTENIDO

INTRODUCCINIJUSTIFICACINIIOBJETIVOS GENERALESIIIOBJETIVOS ESPECFICOSIIIHIPTESISIIIMARCO TERICOIVQUE ES UNA CELDA PELTIERVIINEVERAS Y OTROS DISPOSITIVOS DE REFRIGERACIN, SIN USAR COMPRESORES NI SERPENTINES.XICRONOGRAMAXIIIPRESUPUESTO POR UNIDADXIVCUADRO FODA VENTILADOR FRESHXVBIBLIOGRAFAXVI

INTRODUCCIN

La temperatura del medio ambiente, ha ido variando debido al calentamiento global y a la estacin del ao, dando como resultado la deshidratacin, fatiga, cambios de estado emocional que afectan el desempeo laboral y social del ser humano (1)Debido a esto, la gente ha tenido que utilizar aparatos de ventilacin y refrigeracin, siendo los primeros poco eficientes y los segundos ms costosos, como consecuencia de su mantenimiento y alto consumo elctrico.Los ventiladores industriales tipo fresh, son ventiladores que enfran el aire por medio de un sistema peltier, a la fecha, estos ventiladores han sido construidos slo para uso industrial. Las placas peltier son celdas construidas qumicamente que al ser energizadas absorben el calor por el polo positivo y disiparlo por el negativo. Este sistema de enfriamiento trabaja como el sistema de refrigeracin chillers, primero se enfra el agua en diferentes estanques para luego ser bombeados por medio de tubos y ser golpeados por el aire proporcionando aire fresco que es distribuido por medio de ductos elaborados de lmina galvanizada o acerada, ocasionando una sensacin de confort (2).

JUSTIFICACIN

Las variaciones climticashan existido desde los orgenes de la Tierra. Sin embargo, hoy en da vivimos en un cambio climtico global sin precedentes, donde la naturaleza parece jugar un papel poco importante.

La temperatura global est aumentando a una velocidad cada vez mayor. Un estudio realizado por investigadores del Laboratorio Nacional del Pacfico Noroeste (PNNL, por sus siglas en ingls) de EEUU (3) revela que la Tierra est entrando en un periodo de cambio climtico que probablemente ser ms rpido de lo que se ha producido de forma natural durante los ltimos 1.000 aos.

La comunidad cientfica coincide en que las fluctuaciones de la temperatura son provocadas en gran medida por debida a la tala indiscriminada de rboles, el mal uso del agua y la sobreexplotacin de la tierra. Como consecuencia de esto la temperatura ambiental ha aumentado por lo que las personas utilizan equipos de ventilacin que les permiten sobrellevar el calor, dependiendo de sus posibilidades econmicas.

OBJETIVOS GENERALES

Disear un ventilador tipo fresh que sea porttil y confortable

OBJETIVOS ESPECFICOS

Investigar proveedores Investigar costos de las celdas peltier Investigar tamaos de las celdas peltier Investigar tipos de disipadores de calor Investigar modelos de ventiladores Investigar tipos de fuentes elctricas Investigar tipos de bombas de agua para CD Investigar tipos de filtros de aire Investigar tipos de polmeros fibras de vidrio y resinas

HIPTESIS

El ventilador tipo chiller brinda una sensacin de confort similar a la de un aire acondicionado a un menor costo

MARCO TERICOQUE ES UN CHILLER

Un chiller es un equipo que genera agua helada, son utilizados en diferentes aplicaciones tanto en el aire acondicionado o en la industria, en ambos campos de aplicacin se genera calor o lo que se conoce como carga trmica, este calor debe de ser removido, esta explicacin la damos a nuestros seguidores que han preguntado en varias ocasiones.

El medio ms eficiente para remover este calor es el agua, durante mucho tiempo se utiliz el agua de suministros naturales como son ros, lagos, cisternas y el agua que llega por medio de tuberas, pero hoy en da este recurso se ha vuelto escaso y caro, adems de la contaminacin que se le aade durante su uso. La solucin a esta problemtica se dio mediante la utilizacin de enfriadores de agua chillers que estn reciclando el agua sin necesidad de ser remplazada, esto gracias al sistema de refrigeracin con que cuenta cada uno de estos equipos, no importando el tamao, a continuacin explicaremos cada uno de sus componentes y como trabajan para poder mantener un suministro de agua helada a los procesos industriales o al aire acondicionado. Los componentes principales de un chiller son:

1. Compresor2. Evaporador3. Condensador4. Microprocesador

El compresor es el que succiona y comprime el refrigerante haciendo posible que al ser evaporado absorba el calor del proceso que queremos enfriar, se tienen varios tipos de compresores como son. Scroll resiprocantes Hermticos Semi hermticos Tornillo CentrifugosHoy en da los compresores van mejorando su eficiencia ya que los costos de energa van en aumento y los requerimientos de la industria es bajar los costos de operacin, es por eso que en nuestra produccin utilizamos los compresores que han mostrado el mejor desempeo (4). Evaporador En este componente es en donde se enfra el agua que ser enviada al proceso, esto ocurre gracias a la evaporacin de refrigerante, al llevarse a cabo este proceso fsico el refrigerante absorbe el calor generado por el proceso para cambiar de estado lquido a vapor en donde es enviado al compresor.

EVAPORADORES

Los evaporadores son de placas de cobre/acero inoxidable, son los ms eficientes fabricados a la fecha y por lo tanto el tamao de estos es muy reducido haciendo que el tamao del equipo sea ms compacto. Otro elemento muy importante es el tipo de refrigerante utilizado este debe de ser ecolgico y eficiente, es por eso que hemos dejado de fabricar equipos con refrigerante R22 desde hace varios aos, solo producimos chillers con refrigerantes como el R 134 a, R 410 a, R 404 a.

CONDENSADOR

Este componente es el encargado de disipar el calor del proceso que se recogi en el evaporador ms el calor de compresor y poner en condiciones el refrigerante para ser enviado al evaporador de nuevo condensndolo y pasndolo a su estado lquido. En los condensadores enfriados por aire utilizamos motores de alta eficiencia con diseo aerodinmico logrando un bajo consumo elctrico, bajo nivel de ruido y lo ms importante adaptados a la altitud en donde sern utilizados nuestros equipos.Los condensadores enfriados por agua trabajan con el agua fra de una torre de enfriamiento, en este tipo de condensador es muy importante tener un suministro de agua constante para la torre de enfriamiento. Ya que siempre se pierde por la evaporacin y una buena calidad de la misma, esto es con bajos niveles de minerales y slidos ya que estos afectan considerablemente la eficiencia del condensador y por lo tanto del chiller.

CONTROLADOR ELECTRNICO CON MICROPROCESADOR

Este es el cerebro del chiller, es el encargado de operar todo el equipo en forma eficiente, ahorrar energa y hacer fcil su operacin. Con este componente del chiller podemos operar el equipo a l mxima eficiencia ya que su misin es de operar con el menor sumo de corriente sin menoscabo de la temperatura del proceso. Ya que se controla la presin de succin, la de descarga, verifica constantemente las temperaturas del compresor, as como el amperaje de consumo, esta informacin relacionada con los parmetros del proceso que est enfriando mantiene constantemente el balance del chiller. Otra ventaja que obtenemos al utilizar este controlador, es de que se puede graficar y monitorear cada uno de sus parmetros, lo que lo convierte en una herramienta de suma utilidad al departamento de mantenimiento y puede ser utilizada tambin por produccin ya que es capaz de monitorear el proceso que se est enfriando. Tenemos variantes de chillers para cada aplicacin, entre las que podemos mencionar:1. Chiller porttiles2. Chillers centrales3. Chiller de baja temperatura4. Chillers diseados a la medida5. Chillers a prueba de explosinTodos con su variante en condensador enfriado por aire o agua, utilizando el voltaje que requieran en su planta, si tiene una pregunta de que es un chiller, favor de contactar a nuestro departamento de ingeniera.VENTILADOR. Un ventilador es una mquina rotativa que pone el aire, o un gas, en movimiento. Se puede definir tambin como una turbomquina que transmite energa para generar la presin necesaria para mantener un flujo continuo de aire.Dentro de una clasificacin general de mquinas, los ventiladores son turbomquinas hidrulicas, tipo generador, para gases.Un ventilador consta en esencia de un motor de accionamiento, generalmente elctrico, con los dispositivos de control propios de los mismos: arranque, regulacin de velocidad, conmutacin de polaridad, etc. y un propulsor giratorio en contacto con el aire, al que le transmite energa. Este propulsor adopta la forma de rodete con labes, en el caso del tipo centrfugo, o de una hlice con palas de silueta y en nmero diverso, en el caso de los axiales.El conjunto, o por lo menos el rodete o la hlice, van envueltos por una caja con paredes de cierre en forma de espiral para los centrfugos y por un marco plano o una envoltura tubular en los axiales. La envolvente tubular puede llevar una reja radial de labes fijos a la entrada o salida de la hlice, llamada directriz, que gua el aire, para aumentar la presin y el rendimiento del aparato.

QUE ES UNA CELDA PELTIEREl descubrimiento de los fenmenos termoelctricos hace dos siglos, y la bsqueda de nuevas alternativas de generacin de energa, ha permitido un avance continuo en la tecnologa termoelctrica en los ltimos aos. Desde 1834 es conocido el efecto Peltier; no obstante, su aplicacin prctica necesit del desarrollo de los materiales semiconductores. El efecto Peltier se caracteriza por la aparicin de una diferencia de temperaturas entre las dos caras de un semiconductor cuando por l circula una corriente. Por lo general dichas celdas estn fabricadas con Bismuto para la cara del semiconductor tipo P y Telurio para la cara tipo N. En ste trabajo se realiza la caracterizacin en voltaje, corriente y temperaturas de una celda Peltier cuyos parmetros son los siguientes: tensin mxima de 6V, corriente mxima de 2.5 A, los cuales provocan una diferencia de temperaturas T=35C entre la cara caliente y la cara fra de la celda. Para ello, se emple el sistema de adquisicin de datos USB-1208FS del fabricante Measurement Computing y sensores de temperatura de circuito integrado. Los resultados experimentales fueron obtenidos utilizando instrumentacin virtual implementada con el software Labview de National Instruments.El efecto Peltier se caracteriza por la aparicin de una diferencia de temperaturas entre las dos caras de un semiconductor cuando por l circula una corriente. Una celda Peltier est conformada por dos materiales semiconductores uno tipo P y otro tipo N en un arreglo como el mostrado en la figura, producindose internamente el as llamado efecto termoelctrico de Peltier. (Krieger, 1975) (Chensson, 2006)

Diagrama que muestra la estructura interna de una celda Peltier, donde se observan los elementos semiconductores dispuestos elctricamente en serie y trmicamente en paralelo.Internamente la celda Peltier posee elementos semiconductores altamente impurificados y dispuestos elctricamente en serie mediante conductores de cobre, para aislar los conductores de cobre del disipador se agrega entre ellos una placa de cermica que funciona como aislante,

Una polarizacin como la mostrada en la figura anterior, se distribuye a lo largo de cada elemento semiconductor de la celda, es decir, cada elemento semiconductor posee una diferencia de potencial proporcional a la polarizacin de entrada. Por esta razn, los portadores mayoritarios, electrones dbilmente ligados, emigran hacia el lado positivo de cada uno de sus extremos en los elementos semiconductores tipo N, debido a la atraccin de cargas de diferente signo. Mientras que los portadores mayoritarios, huecos de los elementos semiconductores P, emigran hacia la terminal negativa que se encuentra en cada uno de sus extremos. Esta ausencia de cargas en cada elemento semiconductor cerca de la unin metal - semiconductor provoca un enrarecimiento de cargas y el consecuente descenso de temperatura en el rea circundante. (kasa, 2001)Por otro lado, la compresin o acumulacin de portadores cerca de la unin metal semiconductor en la parte baja de los elementos semiconductores en la anterior, provoca un ascenso de temperatura. Este comportamiento nos permite afirmar que si invertimos la polaridad de la fuente de alimentacin, la cara fra ahora calentar y la cara caliente sufrir un descenso de temperatura. (Sobral, 2007)

Compresin y enrarecimiento de portadores de carga cerca de la unin metal semiconductor en una celda Peltier.Este tipo de clulas funcionan por elefecto Peltier, ste se basa en que cuando una corriente se hace pasar pordos metales o semiconductores unidos por dos junturas de Peltier, se crea una transferencia de calor de una juntura a la otra, provocando como resultado queuna se enfra y otra se calienta (5). Sera algo as como una minibomba de calorsin compresor, refrigerante ni otros elementos complicados, simplemente una unin entre dos materiales.Como una sola unin no produce apenas potencia, las clulas de Peltier constan de multitud de uniones entre dos placas (normalmente son de 44 cm). Aunque tampoco se puede esperar que una de estas placas nos enfre un barril de cerveza ni mucho menos.

Este efecto es el que utilizan algunos botelleros que se usan para mantener una temperatura moderada en su interior y tambin algunas neveras de coche y sistemas similaresNEVERAS Y OTROS DISPOSITIVOS DE REFRIGERACIN, SIN USAR COMPRESORES NI SERPENTINES.

ste es el primer paso en el desarrollo de una unidad de refrigeracin mediante campo elctrico. (6) Para el futuro, se puede prever un refrigerador de panel plano. No ms serpentines, no ms compresores, simplemente un polmero slido con los intercambiadores de calor apropiados.

Otros investigadores han trabajado con la refrigeracin por campo magntico, pero la electricidad es ms conveniente, segn los autores del nuevo estudio.

El equipo cientfico que ha abierto esta nueva lnea de investigacin lo forman Qiming Zhang, Bret Neese, Baojin Chu, Sheng-Guo Lu, Yong Wang y Eugene Furman.

Ellos centraron su estudio en los polmeros ferroelctricos que exhiben cambios de temperatura cuando estn expuestos a la temperatura ambiente y a un campo elctrico.

Los sistemas de enfriamiento convencionales, desde refrigeradores hasta aparatos de aire acondicionado, dependen para enfriar de las propiedades de los gases, y la mayora se vale de los cambios en la densidad de los gases sometidos a presiones cambiantes. Los refrigerantes normalmente utilizados son dainos para las personas o para el medio ambiente. El fren, uno de los clorofluorocarbonos prohibidos debido al grave dao que le hicieron a la capa de ozono, era el refrigerante ms usado. Ahora hay diversos refrigerantes alternativos disponibles. No obstante, todos tienen problemas y requieren de compresores con notable consumo de energa, y de muchos serpentines.

El mtodo de Zhang utiliza el cambio desde la forma desorganizada hasta la organizada que se produce en algunos polmeros cuando son expuestos a un campo elctrico. El estado natural de estos materiales es desorganizado, con las molculas posicionadas al azar. Cuando se aplica la electricidad, las molculas se vuelven altamente organizadas y el material expulsa calor y se pone ms fro. Cuando se apaga la electricidad, el material retorna a su estado desordenado y absorbe el calor.

Estos polmeros son flexibles y pueden usarse para calentar y enfriar, as que pueden tener muchas posibles aplicaciones diferentes.

Los investigadores han constatado un cambio en la temperatura del material de aproximadamente 13 grados Celsius. Repetidos ordenamientos y desordenamientos del material combinados con un intercambiador de calor apropiado podran proporcionar una amplia gama de temperaturas de enfriamiento y tambin de calentamiento.

CRONOGRAMA

PRESUPUESTO POR UNIDAD

CantidadMaterialCostoTotal

3Celdas peltier$35$105

3Disipadores de calor$20$60

3Ventiladores para CPU 12 voltios$50$150

1Fuente de poder 500 watts$250$250

1Bomba de agua 12 voltios CD.$90$90

1Ventilador domestico 120 voltios AC.$250$250

1Filtros de aire$35$35

1Estructura de fibra de vidrio$160$160

UN MIL CIEN PESOS 00/100 MONEDA NACIONAL$1100

CUADRO FODA VENTILADOR FRESH

BIBLIOGRAFA

1. (13 de octubre de 2015). Obtenido de (1)http://www.botanical-online.com/medicinalscalor.htm#2. (s.f.). Obtenido de http://www.arkigrafico.com/los-chillers-sistemas-de-enfriamiento-ideal-para-grandes-espacios/#3. (s.f.). Obtenido de http://www.elmundo.es/ciencia/2015/03/10/54fdf5bde2704ef1508b457c.html4. (13 de NOVIEMBRE de 2015). Chiller Carrier en Mexico. Obtenido de http://chillercarrierenmexico.com/5. (14 de OCTUBRE de 13). nergiza. Obtenido de http://nergiza.com/como-hacer-un-aire-acondicionado-casero-con-una-celula-de-peltier/6. (s.f.). solociencia.com. Obtenido de http://www.solociencia.com/ingenieria/08093005.htm7. Chensson, D. (2006). Thermoelectrics Handbook:. Boca Ratn, Florida:.8. kasa, S. (Nov. 2001). Thermocouples. En Thermoelectric Effect in Materials. Canada: Departament of electrical engineering.9. Krieger, R. (1975). temperature control. En R. E. .Krieger. Huntington, New York.10. Sobral, P. (diciembre 2007). Efecto Peltier. buenos aires: departameento de fisica FCEyN.

XVI