Charcoal Cooler/es

Un enfriador de carbón utiliza el principio de enfriamiento por evaporación para mantener una temperatura interior fresca para la refrigeración y la conservación de alimentos. El dispositivo está construido con una estructura de madera abierta con lados rellenos de carbón, que se mantiene constantemente húmedo. A medida que el aire cálido y seco fluye a través del carbón húmedo, el agua se evapora y se enfría. Los principios básicos de transferencia de calor y masa sustentan el funcionamiento del enfriador de carbón. Se desarrolló un modelo analítico simplificado en Engineering Equation Solver (EES) para determinar la funcionalidad del enfriador de carbón en diversas condiciones exteriores y variables de diseño. Se descubrió que las dimensiones del enfriador tienen un impacto mínimo en la temperatura interior mantenida; sin embargo, las condiciones ambientales afectan significativamente la funcionalidad del dispositivo. Se construyó un prototipo del enfriador para desarrollar instrucciones de construcción detalladas. El trabajo futuro en este proyecto incluirá la prueba del prototipo para la validación del modelo. El modelo EES, el archivo CAD y los documentos PDF imprimibles están disponibles en Documentos adicionales .

Necesidad de desarrollo

El enfriamiento evaporativo puede utilizarse para abordar dos necesidades principales de desarrollo: refrigeración de espacios ( aire acondicionado ) y refrigeración. El enfriador de carbón satisface la necesidad de refrigeración en zonas sin electricidad.

La refrigeración de los alimentos es un método para ralentizar el crecimiento bacteriano y prolongar su vida útil. Los refrigeradores típicos se mantienen a una temperatura de entre 2 y 3 °C y pueden prolongar la vida útil de los productos varias semanas. ^{[ 1 ]}

En climas cálidos donde no hay electricidad, la refrigeración de alimentos es una necesidad para el desarrollo. En Sudán, por ejemplo, los tomates solo duran dos días bajo el sol. ^{[ 2 ]} La conservación de cultivos mediante refrigeración puede contribuir a combatir el hambre y la inanición en los países en desarrollo, al mantener los alimentos frescos durante más tiempo. En zonas sin electricidad, la refrigeración es especialmente compleja y ha dado lugar al diseño de diversos dispositivos de refrigeración impulsados ​​por calor, como los enfriadores evaporativos. Si bien estos dispositivos no suelen mantener temperaturas de 2 a 3 grados Celsius, pueden ser significativamente más frías que la temperatura ambiente, e incluso temperaturas moderadas pueden prolongar significativamente la vida útil de los productos. Por ejemplo, al almacenarlos con un dispositivo de refrigeración evaporativa similar, la vida útil de los tomates puede prolongarse de 2 a 20 días. ^{[ 2 ]} La refrigeración evaporativa tiene la ventaja adicional de aumentar el contenido de humedad del aire, lo que evita que los alimentos se sequen y prolonga aún más su vida útil. ^{[ 3 ]}

La refrigeración también es importante para el almacenamiento de vacunas y medicamentos , sin embargo, la caída de temperatura requerida y el control de temperatura hacen que el enfriamiento por evaporación no sea adecuado para esta aplicación.

Limitaciones climáticas

Como se analiza más adelante en los principios de ingeniería, el potencial de enfriamiento por evaporación depende de la diferencia en las temperaturas de bulbo húmedo y bulbo seco del aire. El aire húmedo tiene una humedad relativa alta y no tanta capacidad para evaporar la humedad. A medida que aumenta la humedad relativa del aire, el rendimiento del sistema disminuirá, lo que limita su aplicación en climas húmedos. El enfriamiento por evaporación es más efectivo en climas donde la humedad relativa es inferior al 30%. ^{[ 4 ]} A medida que aumenta la humedad, la capacidad de enfriamiento disminuye y la diferencia de temperatura entre el exterior y el interior de la cámara disminuye. Para probar si el enfriamiento por evaporación será efectivo, la temperatura de bulbo húmedo se puede medir colocando un paño húmedo en el extremo de un termómetro y agitándolo en el aire. ^{[ 3 ]} La temperatura leída por el termómetro es la temperatura mínima teórica que se puede lograr a través del enfriamiento por evaporación.

Además, se debe utilizar refrigeración por evaporación en zonas con agua disponible. Dependiendo de las condiciones y las dimensiones del enfriador, el dispositivo puede consumir entre 20 y 70 litros de agua al día cuando funciona eficazmente.

Principios científicos

El enfriamiento evaporativo se basa en el principio de que el agua requiere energía térmica para evaporarse. En climas cálidos y relativamente secos, la evaporación del agua en aire caliente y seco puede crear un efecto refrescante, adecuado para el acondicionamiento o la refrigeración de espacios. El calor extraído de un espacio debido a la evaporación del agua se expresa en la ecuación 1.

Q˙=metromi˙hmi(1)

Q es el calor eliminado en kW,metromi˙es la tasa de evaporación del agua en kg/s, y h _e es el calor latente de evaporación del agua (~2270 kJ/kg). ^{[ 5 ]} Por lo tanto, la capacidad de enfriamiento es aproximadamente proporcional a la tasa de evaporación del agua, que depende de:

• Temperatura ambiente
• Humedad ambiente
• Área de superficie
• Medios evaporativos
• Movimiento del aire (natural o artificial)

Para maximizar los efectos de enfriamiento, estas variables deben optimizarse para una aplicación determinada.

Psicometría

La evaporación, el proceso de transformación del agua de líquido a gas, requiere calor del entorno. Las propiedades psicrométricas del aire húmedo, así como los principios de transferencia de calor y masa, se aplican a la evaporación del agua para refrigeración. Comprender las propiedades del aire húmedo es fundamental para comprender el funcionamiento del enfriamiento por evaporación.

El aire húmedo está compuesto de vapor de agua y aire seco. La presión total del aire es la suma de las presiones parciales del vapor de agua y del aire seco, como se muestra en la ecuación 2.

PAG=PAGa+PAGv(2)

El aire saturado es una mezcla de aire seco y vapor de agua saturado. Cuando el aire está saturado, la presión de vapor Pv _es igual a la presión de saturación Pv _,máx del agua a la temperatura del aire. Dado que la presión de saturación aumenta con la temperatura, el aire a mayor temperatura tiene la capacidad de retener más humedad.

La humedad se refiere a la cantidad de humedad presente en el aire y puede expresarse de dos maneras. La humedad relativa (ecuación 3) es la relación entre la humedad del aire y la humedad del aire saturado a la misma temperatura.

RH=PAGvPAGv,metroaincógnita(3)

Por lo tanto, la humedad relativa es una función tanto de la temperatura como del contenido de humedad.

La humedad absoluta es la relación entre la masa de agua y la masa de aire seco, y se da mediante la ecuación 4.

ω=metrovmetroa=0.622PAGvPAG−PAGv(4)

Por lo tanto, la humedad absoluta es solo una función del contenido de humedad.

La fuerza impulsora de la evaporación del aire es la diferencia de presión de vapor entre el aire y el agua. El aire a mayor temperatura y menor humedad relativa puede evaporar más humedad que el aire frío o húmedo. El potencial de evaporación es proporcional a la diferencia entre las temperaturas de bulbo seco y bulbo húmedo. La temperatura de bulbo seco mide la temperatura de la corriente de aire, mientras que la temperatura de bulbo húmedo representa tanto la temperatura como la humedad. La temperatura de bulbo húmedo se puede medir colocando un paño húmedo en el extremo de un termómetro y dejando pasar el aire sobre él mientras se lee la temperatura. La humedad relativa y la humedad absoluta se pueden determinar mediante una tabla psicométrica .

Evaporación

La evaporación es el cambio de estado entre líquido y gas. En el caso del agua y el aire, la evaporación implica la vaporización del agua líquida en una corriente de aire húmedo. Para el modelo del enfriador de carbón, se consideraron dos casos simplificados de transferencia de masa: la evaporación desde una superficie y la evaporación a través de un medio de transferencia.

Evaporación desde una superficie

Se puede utilizar una correlación empírica simple para estimar la tasa de evaporación del agua de una superficie. La Figura 1 muestra un esquema.

La ecuación 5 proporciona la correlación empírica para la tasa de evaporación m _e en kg/h. ^{[ 6 ]}

metromi˙=A(25+19Vwinorted)(ωsael−ω)(5)

ωsaeles la humedad absoluta de saturación a la temperatura ambiente yωes la humedad absoluta real. A es el área de la superficie del agua.

Evaporación a través de un

Muchas unidades de refrigeración por evaporación hacen pasar el aire a través de un panel poroso impregnado que se mantiene reabastecido de agua. La Figura 2 muestra un esquema.

La eficiencia evaporativa del medio viene dada por la ecuación 6. ^{[ 7 ]}

miFF=T1−T2T1−Twmielbtúyob,1(6)

Debería ser posible lograr una eficiencia del 60-90%; sin embargo, los valores de eficiencia para medios específicos se pueden determinar experimentalmente. ^{[ 3 ]} Un balance de energía en la corriente de aire proporciona la tasa de evaporación, expresada en la ecuación 7.

(ha2+ω2hw2)=(ω2−ω1)hF+(ha1+ω1hw1)(7)

h _a es la entalpía del aire seco, h _w es la entalpía del vapor de agua y h _f es la entalpía del líquido saturado a la temperatura del agua en el panel. La velocidad de evaporación se puede determinar mediante la ecuación 8.

metromi˙=metroaio˙(ω2−ω1)(8)

metroaio˙es el caudal másico del aire que viaja a través de la almohadilla empapada.

Transferencia de calor fundamental

El calor se transfiere por conducción, convección y radiación. A menudo, los efectos de la radiación pueden ignorarse, ya que son pequeños en comparación con otras formas de transferencia de calor. La conducción ocurre a través de una superficie sólida y se expresa en la ecuación 9.

Q˙=kAel(ΔT)(9)

Q˙es el calor transferido en vatios (W), k es el coeficiente de conducción en W/mK, t es el espesor del sólido en metros y delta T es la diferencia de temperatura a través del sólido. El coeficiente de conducción es una propiedad del material y puede encontrarse en la literatura o mediante experimentos.

La convección se produce cuando un fluido pasa sobre un objeto sólido y está dada por la ecuación 10.

Q˙=hA(T−T∞)(10)

h es el coeficiente de convección, A es el área, T es la temperatura del objeto sólido yT∞Es la temperatura del fluido. El coeficiente de convección es función de la velocidad del fluido, sus propiedades y las dimensiones del objeto. Puede determinarse experimentalmente o mediante correlaciones derivadas.

Construcción del dispositivo

Se construyó un prototipo de enfriador de carbón. Los materiales utilizados y las instrucciones detalladas de construcción se encuentran a continuación. El prototipo medía 30 cm x 30 cm x 30 cm, pero las instrucciones deben aplicarse independientemente del tamaño del dispositivo. Una de las ventajas de este dispositivo es su versatilidad y su posibilidad de fabricación con diversos materiales, por lo que se sugieren alternativas.

Se incluye un PDF imprimible que incluye materiales, detalles de construcción e instrucciones de funcionamiento del enfriador en Recursos adicionales .

Materiales necesarios

Material	Imagen	Alternar	Costo aproximado ($ CA)
Madera 12 pies de madera de 1 cm x 2 cm		Se puede utilizar madera de otro tamaño. El bambú o cualquier otro material estructural también servirá.	$2/3 pies ($8 en total)
Malla de alambre para gallinero Se requieren aproximadamente 10 pies cuadrados			$8/roll
Tela Tela de yute o lona: se requieren aproximadamente 12 pies cuadrados		Se puede utilizar otro material de tela absorbente.	$1/12 pies cuadrados
Clavos Clavos de acabado y carpintería		Se pueden usar tornillos en lugar de clavos de carpintería. Si se dispone de una grapadora y grapas para reemplazar los clavos de acabado, la construcción resultará mucho más sencilla. Si es necesario, se puede usar cordel o cuerda para sujetar la estructura.	$2/paquete
Carbón vegetal Aproximadamente 4 kg		Otro material absorbente será suficiente siempre que permita la circulación del aire, pueda retener una cantidad sustancial de humedad y pueda quedar contenido dentro del marco del enfriador. [ 3 ]	$10/paquete
2 bisagras			$3/paquete
Tablero sólido 1 pieza, aproximadamente 1 pie x 1 pie (dimensiones de la base del enfriador)		Se puede utilizar bambú tejido o juncos para sustituir el tablero.	$1
Manguera de plástico de aproximadamente 10 pies 1/2-1 pulgada de diámetro		Como alternativa, se pueden colocar latas en la parte superior del enfriador si no se dispone de manguera. Esta modificación se explicará con más detalle en las instrucciones de construcción.	$7.60/10 pies (5/8" de profundidad)
Lazos Aproximadamente 8 dispositivos de amarre de plástico		El cordel o cuerda es una buena alternativa para los lazos.	$2/paquete
Un cubo de cualquier tamaño		Se puede usar cualquier dispositivo que pueda contener agua. Si se usan latas en lugar de manguera, no es necesario el cubo.	$5
Herramientas Se requieren un martillo, una sierra y tijeras o cortadores de alambre.		Se puede usar un destornillador si se sustituyen los tornillos por clavos. Una grapadora facilitaría la construcción. Si se usa cordel para sujetar el marco, no se necesita un martillo.

Por lo tanto, el costo total de los materiales es de $48.00 . Este costo se puede reducir utilizando materiales alternativos o reciclados.

1

Elija las dimensiones (largo, ancho y alto) y corte la madera. El dispositivo requiere 2 piezas de cada longitud y 8 de ancho, y 8 de alto.

2

Cree dos marcos en forma de U (U-1), con la parte gruesa de la madera formando el grosor del marco. Clave la base a las otras dos piezas como se muestra en la figura con las flechas.

3

Crea dos marcos más en forma de U (U-2). La parte gruesa de la madera debe mantener el mismo grosor, pero esta vez únelos como indican las flechas en la imagen.

4

Corte la tela de yute y la malla de alambre para que encajen en los cuatro marcos creados. Esto debería corresponder a piezas de aproximadamente 30 x 30 cm. Se necesitan 8 piezas de tela de yute y 9 piezas de malla de alambre.

5

Fije la tela de yute a un lado de cada marco con los clavos de acabado. Coloque un clavo en cada esquina y más clavos según sea necesario. También puede usar una grapadora y grapas para la fijación.

6

Fije la malla de alambre sobre la tela de yute de cada marco. Se pueden usar clavos de fijación, pero deben doblarse sobre la malla para mantenerla en su lugar. Tenga cuidado al manipular la malla, ya que sus bordes son afilados.

7

En cada uno de los marcos U-1, fije el yute y el alambre de acabado al otro lado.

Ahora debería haber:

• 
• 

8

Clava el marco U-2 al marco U-1 para formar una L tridimensional. Las ubicaciones de los clavos se indican mediante las flechas.

9

Clava el otro marco U-2 al marco U-1 para formar una U tridimensional.

10

Mida la tabla para que encaje en la base de la hielera. Corte la tabla a la longitud adecuada. Clávela en la base.

11

Fije la tela de yute y la malla de alambre a los dos lados restantes en el exterior del enfriador.

12

Coloque tres clavos en cada uno de los bordes del marco, apuntando en diagonal hacia el centro del enfriador.

13

Con un trozo de malla de gallinero, forme un estante en el centro de la caja. Esto se hace tejiendo la malla sobre los clavos salientes. Pruebe el estante ejerciendo presión para ver si puede contener la comida. Como alternativa, se puede usar una tabla para formar el estante, o cañas o bambú tejido; sin embargo, un material no sólido será más efectivo.

14

Coloque las bisagras en la cara abierta del enfriador.

15

Fije el marco U-1 restante a las bisagras para formar una puerta para el enfriador. Si la puerta no cierra, se puede instalar un pestillo para mantenerla cerrada según sea necesario.

16

Rellene las cavidades formadas por la tela de yute y la malla de alambre con carbón. El carbón debe estar distribuido uniformemente por toda la cavidad. El carbón debe estar en trozos de aproximadamente 0,5 cm de diámetro. ^{[ 3 ]} La malla de alambre debe ser lo suficientemente resistente como para sujetar el carbón en su lugar y evitar que las cavidades se abulten.

17

Ate el extremo de la manguera. Vierta un poco de agua en la manguera para asegurar que la brida sea suficiente para bloquear el extremo. Si la brida no es suficiente, se debe usar un tapón para evitar que el agua fluya por la manguera. Si no se dispone de manguera y se usan latas, estas se pueden fijar a la parte superior del marco, con agujeros hechos con clavos en las cavidades del carbón. Si se utiliza este método, se recomienda que las latas tengan tapas para evitar la evaporación del agua de la superficie.

18

Comenzando por la abertura de la puerta, coloque la manguera sobre los lados abiertos de la caja. Sujétela con las bridas a la malla metálica. Asegúrese de que los agujeros apunten hacia abajo, hacia las cavidades llenas de carbón.

19

Perfore agujeros a lo largo de aproximadamente 1,2 m de la manguera. Los agujeros deben estar separados entre sí por una distancia de 0,5 a 1 cm y pueden hacerse con un clavo. El tamaño y la distancia entre los agujeros requieren un poco de experimentación y dependen de la tasa de evaporación del clima. El carbón debe mantenerse siempre húmedo, pero no tan húmedo que gotee por el fondo del enfriador. Por lo tanto, el caudal de agua a través de los agujeros debe ser igual a la tasa de evaporación. Si los agujeros son demasiado grandes, se puede usar cera de vela para rellenarlos y se pueden hacer nuevos agujeros a través de la cera con un alfiler. ^{[ 3 ]}

20

Coloque un paño o unas varillas tejidas en la parte superior de la caja y fíjela en su lugar.

21

Conecte el extremo libre de la manguera a la base de un cubo elevado. A medida que el cubo se llena de agua, esta se filtrará en las cavidades, humedeciendo el carbón y la tela.

Operación del dispositivo

Los productos pueden colocarse en el estante o en la base del enfriador. El dispositivo debe colocarse a la sombra con un lado orientado hacia el viento. También se puede utilizar un ventilador para la circulación de aire artificial. Requiere muy poco mantenimiento; sin embargo, al instalarlo por primera vez, es necesario supervisarlo para asegurar una humectación eficaz del carbón.

Desarrollo del modelo

Se desarrolló un modelo EES del enfriador de carbón para determinar el efecto de diversas variables de diseño, así como de las condiciones ambientales. El enfriador de carbón se modeló como un volumen de control con una cara perpendicular al viento ambiental. El archivo EES está disponible para su descarga en la sección "Documentos Adicionales" . La Figura 3 muestra un esquema del sistema modelado.

Figura 3: Esquema del modelo de enfriador de carbón

Para el análisis se partió de los siguientes supuestos:

• Las condiciones están en estado estacionario.
• El enfriador se colocará en una región sombreada y los efectos de la radiación serán insignificantes.
• La parte superior e inferior del enfriador están aisladas (sin transferencia de calor)
• El calor de vaporización del agua es constante y 2270 kJ/kg.
• No se genera calor dentro del enfriador.
• Todo el sistema funciona a presión atmosférica (101,325 kPa).
• El carbón se mantiene continuamente húmedo (flujo de agua = tasa de evaporación)

La transferencia de calor a través de cada lado del enfriador se consideró individualmente y se explica a continuación.

El modelo está disponible para descargar en la sección "Documentos adicionales" . La vista de diagrama del modelo permite al usuario introducir las condiciones ambientales (T, HR, velocidad del viento), la eficiencia de evaporación y las dimensiones del enfriador, además de mostrar las condiciones interiores y las tasas de transferencia de calor.

Lado 1

La parte frontal del enfriador puede modelarse como un flujo de aire a través de un panel húmedo. La Figura 2, arriba, es, por lo tanto, un esquema del flujo de aire a través de la parte frontal del enfriador. Se aplican las ecuaciones de la sección " Evaporación a través de un medio de transferencia" . La transferencia de calor...Q1˙Es igual a la tasa de evaporación multiplicada por la entalpía de vaporización. La temperatura interna del enfriador, T _int, se calcula con base en la eficiencia de evaporación y las condiciones ambientales, según la ecuación 6. Se asume que esta temperatura es constante a lo largo del ancho (b) del enfriador. Por lo tanto, la temperatura interna depende de las condiciones ambientales y de la eficiencia de evaporación.

Lados 2 y 3

Los lados 2 y 3 del enfriador tienen la misma tasa de transferencia de calor; sin embargo, a diferencia del lado 1, esta depende de otros factores además de la tasa de evaporación. La Figura 4 muestra un esquema de la pared lateral vista desde arriba.

Como se muestra en la figura, existe convección sobre la superficie, así como pérdida de calor por evaporación dentro de la pared. Se asumió que la evaporación solo ocurre en las superficies interior y exterior de la pared, y que podría modelarse mediante la ecuación 5, la correlación para la evaporación en superficie libre.

Los coeficientes de convección se calcularon utilizando la correlación empírica para la convección forzada sobre una placa plana con un flujo de calor constante, como se indica en la ecuación 11. ^{[ 8 ]}

hbk=nortetú=0.0308Rmi4/5PAGo1/3(11)

Nu es el número de Nusselt ^W , Re es el número de Reynolds ^W y Pr es el número de Prandtl ^W .

Aplicando los supuestos planteados, el muro fue modelado utilizando una red de resistencia térmica, como se muestra a continuación en la figura 5.

Como se desprende de la figura, para que se elimine el calor del interior del dispositivo, la suma del calor evaporativo eliminado debe ser mayor que el calor añadido por convección. Se asumió que el coeficiente de conducción del carbón vegetal es el mismo que el de la madera, aproximadamente 0,16 W/mK. ^{[ 9 ]}

Lado 4

La parte trasera del enfriador permite un flujo de aire constante a través del dispositivo y puede enfriar aún más la corriente de aire si el aire no está saturado. La evaporación haría que saliera aire más frío del dispositivo, pero tendría poco o ningún efecto en la temperatura interior del enfriador. Se asumió que la transferencia de calor a través de la cara trasera del enfriador de carbón era insignificante y no se consideró en el modelo. El diseño de esta cara trasera se describe con más detalle en las recomendaciones de diseño.

Análisis del modelo

Utilizando el modelo analítico descrito en Desarrollo del modelo , se analizaron los parámetros de diseño para determinar el rendimiento del dispositivo en una variedad de condiciones.

La tasa de transferencia de calor (Q˙) para los lados 1, 2 y 3 se calculó y se muestra en la figura 6 como una función de la temperatura ambiente (T1).

Esta figura muestra dos observaciones interesantes. En primer lugar, el calor extraído por el lado 1 (orientado hacia el viento) es significativamente mayor que el calor extraído por los laterales del dispositivo. Por lo tanto, para el análisis, se asumió que la temperatura dentro del enfriador es constante y depende de la evaporación a través de la parte frontal. La evaporación en los laterales del enfriador esencialmente "anula" el calor que, de otro modo, se añadiría al interior por convección. Por este efecto, las paredes laterales actúan esencialmente para aislar el dispositivo. El dispositivo tendría un rendimiento comparable al de las paredes laterales aisladas (utilizando espuma o un material aislante equivalente). Aislar las paredes reducirá significativamente el consumo de agua; sin embargo, la orientación del dispositivo será un factor fundamental. Esta idea se analiza con más detalle en las recomendaciones de diseño.

La figura 6 también muestra que el calor eliminado de la cara frontal aumenta con la temperatura, lo que se explica por la mayor tasa de evaporación con la temperatura.

Se examinó la temperatura dentro de la cámara en función de las condiciones ambientales (temperatura y humedad). La Figura 7 muestra el gráfico.

Por lo tanto, la temperatura interior refrigerada es mucho menor en condiciones de baja humedad relativa. Si bien la tasa de transferencia de calor aumenta con la temperatura (como se muestra en la figura 6), la temperatura interior es menor con temperaturas ambiente más bajas, ya que la caída de temperatura requerida no es tan pronunciada. Con alta humedad, el dispositivo no proporciona suficiente refrigeración para refrigerar los productos. Para que la temperatura interior sea inferior a 20 °C, la humedad debe ser inferior a 0,5 °C.

Para las cifras anteriores, se asumió una eficiencia de evaporación de 0,75. Debería ser posible alcanzar un valor de 0,6 a 0,9 con carbón vegetal. ^{[ 3 ]} La Figura 8 muestra el efecto de la eficiencia de evaporación en la temperatura interior.

Una mayor eficiencia de evaporación puede aumentar significativamente la capacidad de enfriamiento del enfriador. Se deben realizar investigaciones futuras para determinar los factores que afectan este parámetro y cómo optimizar la eficiencia del medio de carbón.

Finalmente, se examinó la tasa de evaporación a través de cada lado del contenedor en función de las condiciones ambientales. La Figura 9 muestra la tasa de evaporación a través del frente (lado 1) y la Figura 10 muestra la tasa de evaporación a través de los lados (2 y 3).

De las figuras se desprende que la evaporación a través de la cara frontal de la caja es significativamente mayor que en las demás caras. Esta observación se relaciona con el diseño del dispositivo, ya que el agua debe fluir hacia los lados del carbón tan rápido como se evapora. Por lo tanto, el caudal de agua hacia la cara frontal del dispositivo debe ser significativamente mayor que hacia los demás lados. Este concepto se analiza con más detalle en las recomendaciones de diseño.

Recomendaciones de diseño

Con base en la construcción del prototipo y el análisis del modelo se hacen las siguientes recomendaciones para el diseño del enfriador:

1. El caudal de agua que entra al enfriador es un parámetro importante que depende de las condiciones ambientales y de los tubos o latas utilizados. El caudal debe ser igual a la velocidad de evaporación para garantizar que el agua no se escape del enfriador y que el carbón no se seque. Se recomienda que los orificios de los tubos de la parte frontal del dispositivo sean más grandes y estén más juntos que los de los otros dos lados.
2. Dependiendo de la disponibilidad de carbón, la cara posterior del enfriador no requiere carbón, ya que la evaporación de esta cara no contribuye al efecto de enfriamiento. Sin embargo, puede ser útil incluir carbón en todos los lados para que la orientación y la dirección del viento no sean importantes.
3. Las paredes laterales del dispositivo podrían aislarse para reducir el consumo de agua. El uso de un material aislante disponible dentro del marco de madera evitaría la transferencia de calor por convección, pero no requeriría evaporación. Si se aíslan las paredes laterales, la orientación del dispositivo es fundamental, ya que no funcionará si el viento no incide en la cara frontal. Si se dispone de un ventilador eléctrico para generar un flujo de aire forzado en una dirección controlada, se recomienda aislar las paredes laterales. Si el dispositivo va a aprovechar el flujo de aire natural del viento, el usuario puede aislar las paredes laterales, pero debe mantener el dispositivo para garantizar una orientación adecuada a pesar de los patrones de viento cambiantes.
4. Las latas o baldes de agua deberán estar tapados para evitar su evaporación al ambiente.
5. El modelo demostró que las dimensiones del enfriador no afectan significativamente su rendimiento. Sin embargo, algunas suposiciones del modelo no se cumplen con dimensiones grandes. Basándose únicamente en la construcción, es más fácil construir un enfriador cúbico, ya que todas las piezas de madera se pueden cortar del mismo tamaño.

Análisis de costos

Se realizó un análisis económico simple (con cifras canadienses) para determinar el costo del dispositivo a lo largo de su vida útil. Los costos de los materiales se detallan en la sección Materiales requeridos .

Tenga en cuenta que los costos iniciales, la mano de obra y las tarifas dependen en gran medida de la ubicación.

Primeros costos:

Costos operacionales:

• *Esta es una estimación conservadora, ya que el consumo de agua depende en gran medida del clima. En trabajos futuros se podrá abordar la modelización de este consumo en función del clima y la geografía.

El costo depende en gran medida del costo del agua y la mano de obra en la región. El uso de materiales alternativos y una mano de obra más económica puede reducir significativamente el costo inicial del dispositivo. Además, el costo del agua depende de la región y debe calcularse para la región específica donde se utilizará el dispositivo. Los "costos operativos" mencionados anteriormente son solo un ejemplo. Los costos operativos mostrados no incluyen los costos de mano de obra para el transporte de agua, que pueden ser considerables en algunas regiones.

Documentos adicionales

• Media:CC ConstructionInstructions.pdf - Versión imprimible de las instrucciones detalladas para la construcción del dispositivo
• Medios: CC Science Model.pdf - Versión imprimible de los principios científicos, desarrollo y análisis de modelos.
• http://sketchup.google.com - El software está disponible para descargar

Referencias