CEDIT - UNMSM CENTRO DE DESARROLLO E INVESTIGACIÓN EN TERMOFLUIDOS DE LA UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS SCSRSCSR Integrantes Rubén Marcos Huatuco.

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1 CEDIT - UNMSM CENTRO DE DESARROLLO E INVESTIGACIÓN EN TERMOFLUIDOS DE LA UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS SCSRSCSR Integrantes Rubén Marcos Huatuco Roger Iván Ponce Segovia Fernando Javier Pareja Centeno José Luis Hidalgo RodríguezAsesor Ing. José Aguilar Bardales SISTEMA DE CALEFACCIÓN POR SUELOS RADIANTES Trujillo – Octubre - 2005

2 CEDIT - UNMSM CENTRO DE DESARROLLO E INVESTIGACIÓN EN TERMOFLUIDOS DE LA UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS SCSRSCSR ¿Qué es un SCSR? Es un modelo de calefacción moderno que carece de elementos visibles para el usuario, ya que esta ubicado bajo el piso. El elemento irradiador a utilizarse puede ser: - Electricidad (resistencia térmica). - Agua caliente (que fluye en un serpentín bajo el piso). SISTEMA DE CALEFACCIÓN POR SUELOS RADIANTES (SCSR)

3 CEDIT - UNMSM CENTRO DE DESARROLLO E INVESTIGACIÓN EN TERMOFLUIDOS DE LA UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS SCSRSCSR Suelo radiante eléctrico por cable calefactor: Utiliza la energía eléctrica directa que a través de una resistencia genera calor, lo normal es que este cable sea de acero inoxidable, fabricado y preparado especialmente para este fin. Suelo radiante por tubo de agua: Utiliza una red de tubos instalados de manera conveniente debajo del suelo, así se hace circular por ellos agua caliente para conseguir ambientes con temperaturas entre 18ºC y 22ºC aproximadamente. TIPOS DE SCSR

4 CEDIT - UNMSM CENTRO DE DESARROLLO E INVESTIGACIÓN EN TERMOFLUIDOS DE LA UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS SCSRSCSR DIAGRAMA DE COMPONENTES DE UN SCSR POR TUBO DE AGUA Suelo Radiante Caldera Bomba

5 CEDIT - UNMSM CENTRO DE DESARROLLO E INVESTIGACIÓN EN TERMOFLUIDOS DE LA UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS SCSRSCSR  El suelo radiante no ensucia ni altera la estética del ambiente.  No favorece el transporte de bacterias o polvo.  Es más seguro que los sistemas con radiadores calientes externos.  Al no recalentar el aire, prácticamente no se modifica la humedad relativa.  Teniendo el generador de calor en funcionamiento durante 6-8 horas, se dispone de calefacción las 24 horas del día.  Una vez fuera de servicio el generador de calor, la temperatura del suelo desciende entre 0,5 y 2ºC por hora, según el aislamiento del edificio y el material del suelo. PRINCIPALES VENTAJAS DE LOS SCSR

6 CEDIT - UNMSM CENTRO DE DESARROLLO E INVESTIGACIÓN EN TERMOFLUIDOS DE LA UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS SCSRSCSR La Calefacción por Suelo Radiante, es el sistema de calefacción que mas se aproxima al sistema “IDEAL” de calefacción. PERFORMANCE DE LOS SCSR

7 CEDIT - UNMSM CENTRO DE DESARROLLO E INVESTIGACIÓN EN TERMOFLUIDOS DE LA UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS SCSRSCSR 1) Parámetros iniciales: Transferencia de calor por convección libre y Radiación en la superficie (Condición de estado estable en el sistema). TEORÍA DE DISEÑO

8 CEDIT - UNMSM CENTRO DE DESARROLLO E INVESTIGACIÓN EN TERMOFLUIDOS DE LA UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS SCSRSCSR 2) Flujo en el serpentín: Teoría de Flujo Interno con flujo de calor superficial constante. -Flujo de masa constante. -La transferencia de calor por convección ocurre en la superficie interna de la tubería. -Los cambios de energía cinética, potencial y transferencia de energía por conducción en la dirección axial son insignificantes. -El trabajo que el flujo realiza se da para mover el fluido a través de una superficie de control. -Flujo laminar, completamente desarrollado.

9 CEDIT - UNMSM CENTRO DE DESARROLLO E INVESTIGACIÓN EN TERMOFLUIDOS DE LA UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS SCSRSCSR 3) Transferencia de calor a través del suelo: Teoría de transferencia de calor por conducción utilizando el Método de Diferencias Finitas. RF 2005 Debido a la complejidad de los cálculos, se desarrolló un software para el tratamiento y solución del problema. Red nodal y Secciones

10 CEDIT - UNMSM CENTRO DE DESARROLLO E INVESTIGACIÓN EN TERMOFLUIDOS DE LA UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS SCSRSCSR DESARROLLO DEL PROTOTIPO EXPERIMENTAL CON TUBERÍA DE FIERRO GALVANIZADO (SCSR - Fe)  Dimensionamiento en función al diámetro de tubería (estandarización).  Serpentín de tubería galvanizada para agua de  ½.  Suelo de tierra vegetal.  Profundidad de suelo: 4 .  Contornos y fondo del sistema aislados con poliestireno expandido.  Bombeo por gravedad.  Tanque de suministro de agua calentado por resistencia eléctrica.

11 CEDIT - UNMSM CENTRO DE DESARROLLO E INVESTIGACIÓN EN TERMOFLUIDOS DE LA UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS SCSRSCSR PROTOTIPO EXPERIMENTAL DE SCSR - Fe

12 CEDIT - UNMSM CENTRO DE DESARROLLO E INVESTIGACIÓN EN TERMOFLUIDOS DE LA UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS SCSRSCSR PRUEBA DEL PROTOTIPO EXPERIMENTAL SCSR - Fe

13 CEDIT - UNMSM CENTRO DE DESARROLLO E INVESTIGACIÓN EN TERMOFLUIDOS DE LA UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS SCSRSCSR RESULTADOS OBTENIDOS CON EL PROTOTIPO EXPERIMENTAL DE SCSR - Fe  T m : Temperatura promedio en la superficie (°C).  T m,i : Temperatura de ingreso al serpentín (°C).  Q suelo : Potencia emitida por el suelo (W).  Q tubería : Potencia emitida por el serpentín (W)  Q perdido : Potencia perdida por las paredes del aislante (W) El cuadro muestra los resultados obtenidos expeimentalmente usando el SCSR - Fe

14 CEDIT - UNMSM CENTRO DE DESARROLLO E INVESTIGACIÓN EN TERMOFLUIDOS DE LA UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS SCSRSCSR MaterialTmax (°C)  (pulg/ pulg /°F) K (W/mK) Pmax (kg/cm²) PVC 752.8 x 10 -5 0.25140 CPVC 853.4 x 10 -5 0.12710 Cobre 800-9009.3 x 10 -6 ~170Media Fe-Galvaniz. >9005.9 x 10 -6 ~60.5Alta MaterialK (W/m°K) Arcilla 1.30 Concreto 1.40 Arena 0.27 Tierra vegetal 0.52  Tmax: Temperatura máxima que soporta sin perder sus propiedades.   : Coeficiente de expansión térmica.  k: Coeficiente de transferencia de calor del material.  Pmax: Presión máxima externa que soporta el material (al ser pisado o puesto bajo suelo).  Precio: Precio por unidad de longitud Sistema de TuberíasTipo de Suelo EVALUACIÓN TECNICA DE LAS DIFERENTES ALTERNATIVAS PARA UN SCSR

15 CEDIT - UNMSM CENTRO DE DESARROLLO E INVESTIGACIÓN EN TERMOFLUIDOS DE LA UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS SCSRSCSR MaterialPrecio* (S/./m) Arcilla 30.50 CPVC 42.10 Cobre 194.20 Fe-Galvaniz. 61.50 MaterialPrecio (S/./kg) Arcilla 0.00 - 1.50 Concreto 3.50 Arena 0.00 – 0.20 Tierra vegetal 0.00 EVALUACIÓN ECONÓMICA DE LAS DIFERENTES ALTERNATIVAS PARA UN SCSR Sistema de Tuberías Tipo de Suelo (*) Precio: Precio por unidad de longitud que incluye accesorios. El costo del sistema convencional de bombeo, está en función de la temperatura del agua, la longitud del serpentín (perdidas hidráulicas) y el flujo de masa requerido. Los sistemas de bombeo “convencional” que se pueden adquirir en el mercado, van de US$ 100 a más, en función a los parámetros antes citados.

16 CEDIT - UNMSM CENTRO DE DESARROLLO E INVESTIGACIÓN EN TERMOFLUIDOS DE LA UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS SCSRSCSR SCSR CON SERPENTIN DE ARCILLA PRE-COCIDA (SCSR - APC) 1) SERPENTÍN.  La técnica usada para la conformación hidroplástica es la decantación de una suspensión de arcilla en molde de yeso, en la cual la masa espesa es vertida en una matriz que tiene la geometría de la sección deseada.  La densidad y la resistencia aumentan como resultado del tratamiento a alta temperatura o por el proceso de cocción (900 – 1400°C).  Para hallar el diámetro optimo, se deben hacer una serie de ensayos, de los cuales los más importantes son: -Ensayo de Permeabilidad. -Ensayo de Resistencia a la Fractura. -Ensayo de Dilatación Térmica.

17 CEDIT - UNMSM CENTRO DE DESARROLLO E INVESTIGACIÓN EN TERMOFLUIDOS DE LA UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS SCSRSCSR SCSR CON SERPENTIN DE ARCILLA PRE-COCIDA (SCSR - APC) Bomba de vapor SISTEMA DE BOMBEO

18 CEDIT - UNMSM CENTRO DE DESARROLLO E INVESTIGACIÓN EN TERMOFLUIDOS DE LA UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS SCSRSCSR APLICACIÓN A LA REALIDAD El sistema de calefacción radiante no puede eliminar los problemas que produce el frio intenso, pero si puede mejorar la calidad de vida de los pobladores de las regiones frías de nuestro país.

19 CEDIT - UNMSM CENTRO DE DESARROLLO E INVESTIGACIÓN EN TERMOFLUIDOS DE LA UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS SCSRSCSR Un SCSR – APC puede disminuir las estadísticas en cuanto a efectos de la neumonía (control de la humedad y temperatura ambiental durante los días frios). Un SCSR – APC, puede menguar los efectos sobre los animales de crianza (establos comunales aclimatados). El estado mediante sus programas de apoyo y prevención, pude capacitar al poblador rural para implemente en su hogar un SCSR – APC.

20 CEDIT - UNMSM CENTRO DE DESARROLLO E INVESTIGACIÓN EN TERMOFLUIDOS DE LA UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS SCSRSCSR VIABILIDAD ECONÓMICA DE LAS DIFERENTES ALTERNATIVAS PARA UN SCSR

21 CEDIT - UNMSM CENTRO DE DESARROLLO E INVESTIGACIÓN EN TERMOFLUIDOS DE LA UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS SCSRSCSR ¿ Preguntas ? www.cedit-termofluidos.com Informes@cedit-termofluidos.com