Transferencia de energía en
geotermia solar
El problema de transferencia
de calor entre un ambiente y la tierra, se presenta en este artículo. La
transferencia es función de las características del fluido portador. En ese
sentido utilizar agua es mucho más conveniente que aire.
El problema básico de
transferencia se plantea con un depósito enterrado (forma prismática), un
sistema de alimentación y retorno y una bomba comandada con un control
electrónico.
Cuáles son las condiciones
de transferencia? En principio las conocidas, conducción, convección, dejando
de lado de momento, la radiación.
El estudio de convección en
un tubo prismático indica que el flujo puede ser laminar o turbulento de
acuerdo al caudal de la bomba, para determinadas relaciones de ancho y alto del
prisma.
En ambos casos nos
encontramos con otros problemas teóricos. La longitud de entrada térmica no es
alcanzada a menos que el prisma se transforme virtualmente en un conducto. Además
debe ser un conducto suficientemente largo.
Para relaciones
x/D=267.0,7.0,05 =6,2293 m
267 =Re , 0,7 =Prl del fluido. D= el diámetro
equivalente.
Esto corresponde a
dimensiones de un prototipo en estudio. El ancho 1 m y alto 0,50m.
se observa que esa es la
longitud de entrada térmica desarrollada, por lo cual la longitud debe ser
mucho mayor para que encaje la teoría tradicional en la predicción del coeficiente de transferencia térmico.
Estas dificultades complican
una predicción teórica del problema. En general esto implica una solución
basada en mediciones experimentales.
Una solución que implica una
adecuada predicción se puede hacer de acuerdo al sistema que muestra la figura.
Un tanque permanece lleno un
determinado tiempo T. Al fin de ese tiempo, el control electrónico activa la
bomba y circula a través de la serpentina de refrigeración.
La medición adecuada de la
temperatura en el agua de la serpentina hace que el control se detenga cuando
alcanza un valor determinado.
Si la temperatura en el agua
a la altura del tanque en condiciones normales es Ts, y la del interior del
local Tl , se establece una temperatura Ti > Ts pero Ti <Tl para el
régimen de trabajo.
El sistema electrónico
inhibe la acción del control de temperatura mientras el sistema arranca
captando calor del ambiente. La razón es que en principio el agua puede estar a
la temperatura que indique al medidor de temperatura para accionar la detención
del sistema. El sistema pasa de una temperatura alta a una baja , hasta
comenzar a calentarse nuevamente. Allí actúa el control de temperatura.
Un problema con este esquema
es que no se conoce si se ha extraído todas las calorías que era posible, al
quedar parte del tanque "frío", puesto que no hay un mezclado de aguas
homogéneo en el tanque.
Al detenerse el movimiento
del fluido se activa la medición de tiempo T, que es factible de ser calculado
teóricamente en base a la teoría de conducción del calor. Cuando el sistema que
ha detenido el flujo se ha
"cargado" de frigorías o lo que es igual, ha llegado a la temperatura
subterránea, el sistema está listo para reiniciar el proceso.
Al no asegurarse la correcta
transferencia de las frigorías al ambiente, la manera es permitir una
circulación de fluido por suficiente tiempo, pero ello implica poner más
energía en el sistema.
Solución con dos tanques.
La opción de utilizar dos
tanques transferir todas las frigorías del fondo al ambiente. Para ello, la
figura muestra dos tanques enterrados y uno que hace la función de radiador en
el ambiente.
Este tanque radiador puede
ser directamente metálico para cumplir su función.
El sistema siempre tiene 2
cargas de líquido y un tanque vacio, de esta manera, luego de un tiempo T , el
sistema transfiere la carga de agua del tanque radiador hacia el tanque
subterráneo vacio. A continuación, eleva el agua del tanque lleno subterráneo (
que estaba en espera) y la deposita en el tanque radiador.
De esta manera las frigorías
son exactamente entregadas al ambiente. Puede que haya que moverla levemente o
simplemente por conducción, si es un tanque metálico, efectuará la
transferencia de calor del ambiente al tanque.
Luego de un cierto tiempo
T1, con T1 >T se efectúa el mismo ciclo con los tanques vacio y lleno
respectivamente.
Este diseño permite
considerar la conducción en la transferencia y calcular efectivamente el calor
cedido al suelo. Los tiempos de detención del bombeo son energía ganada puesto
que se acciona la bomba el tiempo estrictamente necesario, sin dejar lugar a
dudas de su efectividad.
El costo del sistema es
mayor, pero también aumentan los beneficios.
El análisis técnico
económico es un trabajo pendiente para un desarrollo así.
( en edición…)
Energy transfer in geothermal of the sun
The problem of transfer of heat between an atmosphere and the earth, is presented in this article. The transfer is function of the characteristics of the fluid that takes energy. In that sense to use water is much more convenient that air.
The basic problem of transfer is defined with a buried deposit (it forms prismatic), a feeding system and return and a bomb commanded with an electronic control.
Which are the transfer conditions? In principle the acquaintances, conduction, convection, leaving aside, for the moment, the radiation.
The convection study in a prismatic tube indicates that the flow can be to laminate or turbulent according to the flow of the bomb, for certain relationships of wide and high of the prism.
In both cases we meet with other theoretical problems. The longitude of thermal entrance is not reached unless the prism becomes a conduit virtually. Also debit side to be a sufficiently long conduit.
For relationships x/D=267.0,7.0,05 =6,2293 m
267 = Re, 0,7 = Prl of the fluid. D = the equivalent diameter.
This corresponds to dimensions of a prototype in study. The width 1 m and high 0,50m.
That expression is the longitude of developed thermal entrance, reason why the longitude should be much bigger so that it inserts the traditional theory in the prediction of the thermal transfer coefficient.
These difficulties complicate a theoretical prediction of the problem. In general this implies a solution based on experimental mensurations.
A solution that implies an appropriate prediction one can make according to the system that shows the figure.
A tank remains full a certain time T. Finally of that time, the electronic control, lights the bomb and water circulates through the refrigeration serpentine.
The appropriate mensuration of the temperature in the water of the serpentine makes that the control stops when it reaches a certain value.
If the temperature in the water to the height of the tank under normal conditions is Ts, and that of the interior of the local Tl, a temperature settles down Tin > Ts but Tin < Tl for the working régime.
The electronic system inhibits the action of the control of temperature while the system pulls up capturing heat of the atmosphere. The reason is that in principle the water can be to the temperature that indicates to the meter of temperature, to stop the system. The system passes from a high temperature to a drop, until beginning to warm again. There the control of temperature acts.
A problem with this outline is that one doesn't know if it has been extracted all the calories that it was possible, when being part of the "cold" tank, since there is not a blended of homogeneous waters in the tank.
When stopping the movement of the fluid the mensuration of time T it is activated that is feasible of being calculated theoretically based on the theory of conduction of the heat. When the system that has stopped the flow has "been loaded", what is equal to say that it has arrived to the underground temperature, the system is clever to restart the process.
When not making sure the correct transfer of the calories of the atmosphere, the way is to allow a circulation of having flowed by enough time, but it implies it to put more energy in the system.
Solution with two tanks.
The option of using two tanks to transfer all the calories of the atmosphere. For it, the figure shows two buried tanks and one makes the radiator function in the atmosphere.
This tank radiator can be directly metallic to complete its function.
The system always has 2 loads of liquid and an empty tank, this way, after a time T, the system transfers the load of water of the tank radiator toward the empty underground tank. Next, it elevates the water of the tank full underground (that was in wait) and it deposits it in the tank radiator.
This way the calories are exactly delivered to the land. It is possible that there is necessity to move it slightly or simply for conduction, if it is a metallic tank, it will make the transfer of heat from the atmosphere to the tank.
After a certain time T1, with T1 > T the same cycle is made with the tanks hole and I fill respectively.
This design allows to consider the conduction in the transfer and to calculate the heat given to the floor indeed. The times of detention of the pumping are won energy since the bomb the strictly necessary time is worked, without leaving place to doubts of its effectiveness.
The cost of the system is bigger, but they also increase the benefits.
The economic technical analysis is this way a pending work for a development.
( in edition.)
No hay comentarios:
Publicar un comentario