EXPOCIENCIAS NACIONAL 2016 Sistema de … · el uso del efecto termoeléctrico de las placas...
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0 EXPOCIENCIAS NACIONAL 2016 Parque Tabasco Dora María Sistema de Refrigeración del Aire a partir del efecto Peltier. Nombre de los autores: Jonathan De La O De La O Mauricio Rivas Fernández Abel Isaac Luciano Marín. Área: Mecatrónica Categoría: Superior 7mo Cuatrimestre, Universidad Tecnológica de Campeche Campeche Nombre del asesor: Edgar Antonio Jacobo Cortés. Villahermosa, Tabasco, a 7 de diciembre de 2016.
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EXPOCIENCIAS NACIONAL 2016
Parque Tabasco Dora María
Sistema de Refrigeración del Aire a partir del efecto Peltier.
Nombre de los autores:
Jonathan De La O De La O
Mauricio Rivas Fernández
Abel Isaac Luciano Marín.
Área: Mecatrónica
Categoría: Superior
7mo Cuatrimestre, Universidad Tecnológica de Campeche
Campeche
Nombre del asesor: Edgar Antonio Jacobo Cortés.
Villahermosa, Tabasco, a 7 de diciembre de 2016.
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Sistema de Refrigeración del Aire a partir del efecto Peltier. De La O, J. Rivas, M. Luciano, A. Jacobo, E.1
Resumen
Actualmente, el cambio climático ha provocado variaciones en la temperatura ambiente, elevándola bruscamente y trayendo consigo una alteración en el estilo de vida de la sociedad, haciendo un uso excesivo de equipos como los aires acondicionados para mantener una temperatura agradable en sus hogares. Esto provoca dos principales problemas: El proceso de enfriamiento en estos equipos es dañino para el medio ambiente y el alto consumo energético que provocan; derivado de estos problemas se propone realizar un sistema de refrigeración del aire mediante el uso del efecto termoeléctrico de las placas peltier para mantener la temperatura de 25°C en un área de tres metros de largo por tres metros ancho y dos metros y medio de alto, lo cual es la temperatura de confort de una persona para desarrollar un trabajo, al igual reduce el consumo de energía eléctrica el cual beneficia en la economía de la sociedad al utilizar este tipo de equipos.
Abstract
Currently, the climate change has caused variations in the temperature, raising it sharply and bringing severe damages to the society; what carries the use of the airs conditioners to keep an appropriated temperature for the user, due to its process of cooling harmful to the environment and the high consumption energy what is seen monthly reflected in the receipt of this service; due to these problems it is proposed to perform an air cooling system with the use of the thermoelectric by mean of peltier plates that keep the temperature of 25 ° C in an area of three meters of long by three meters wide and two meters and half of high, which is the temperature of comfort of a person to develop a work as reduces the consumption of electric energy that benefits the users’ economy.
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Índice 1. Introducción. 2 2. Planteamiento del
problema 2
3. Objetivos. 3 4. Marco Teórico. 4 5. Diseño Metodológico. 6
6. Conclusiones. 20
7. Bibliografía. 21 8. Anexos. 22
1. Introducción.
En la discusión sobre la demanda
energética existe una preocupación por
los efectos que el crecimiento de la
población pueden tener sobre ésta en
las décadas futuras, discusión que
refleja una inquietud general por los
impactos de un alto volumen
poblacional sobre los recursos
naturales. Esta preocupación no es
infundada si consideramos que el año
pasado la población mundial alcanzó
los 7 mil millones de habitantes
mientras que México, con 112.3
millones, superó los habitantes
esperados para el año 2010.
Adicionalmente las proyecciones de
población de las Naciones Unidades
sugieren que para el año 2050 el
planeta alcanzará los 9.3 mil millones
de habitantes; escenarios que
acrecientan la incertidumbre sobre la
demanda energética futura y sus
impactos ambientales, lo que conlleva
al cambio drástico de temperatura en
las zonas cálidas o frías, debido a
estos cambios las personas gastan en
aparatos eléctricos para mantener una
temperatura de confort y los utilizan
por largos periodos de tiempo, en este
documento se explica el empleo de
tecnologías nuevas que permitan
sustituir los aparatos convencionales
de generación de temperatura, para
ayudar al medio ambiente y a la
economía de las personas sin
sacrificar su bienestar; además crear
conciencia sobre el uso excesivo de
energía eléctrica en este tipos de
aparatos.
2. Planteamiento del Problema. Actualmente, la energía eléctrica es
muy costosa debido al uso excesivo
de aparatos electrónicos y
electrodomésticos, que satisfacen
algunas de las necesidades de los
habitantes, en base a los problemas
climatológicos en el estado de
Campeche se excede el uso normal de
este servicio dado que aumenta la
demanda de aires acondicionados en
las épocas de calor correspondidas de
los meses de abril – agosto
aumentando así el consumo de la
1. Jonathan De La O De La O, Mauricio Rivas Fernández, Abel Isaac Luciano Marín, Edgar Antonio Jacobo Cortés. Universidad Tecnológica de Campeche, Carretera Federal 180 S/N, San Antonio Cárdenas, Camp. Mex.Tel: 938-170-6322, 938-183-0636, 963-155-2333 y 938-107-1885. Isaacluciano51
@gmail.com, [email protected], [email protected].
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energía eléctrica ya que dichos
aparatos consumen de 1000 watts
hasta los 5000 watts dependiendo del
modelo del aire acondicionado, esto
repercute en la sociedad ya que este
producto más de ser un lujo se está
volviendo una necesidad, cabe
mencionar que para nuestra
comodidad en la zona de cd del
Carmen, Campeche es necesario un
sistema de enfriamiento (aire
acondicionado) estando a una
temperatura de 25°C a 22°C y sobre
todo en las oficinas, lugares cerrados
donde las personas ejercen labores ya
sea de tipos administrativas u otros
oficios.
3. Objetivos.
3.1 Objetivo General.
Implementar un sistema de
refrigeración del aire basado en el
efecto termoeléctrico de las celdas
peltier utilizando el microcontrolador
Picaxe para mantener una temperatura
confortable en un área de 9 metros
cuadrado para reducir el costo de
energía eléctrica y el uso de gases que
son dañinos al medio ambiente.
3.2 Objetivos Específicos.
Realizar un levantamiento físico,
visitando diversos lugares del
municipio de Ciudad del Carmen
Campeche para conocer los
principales problemas de los aires
acondicionados.
Realizar una investigación documental
y de mercado consultando diferentes
fuentes de información para conocer
los avances de la tecnología
termoeléctrica.
Diseñar la estructura en un software de
diseño AutoCAD, para obtener
especificaciones de las características
de cada componente y funcionalidad
del mismo.
Elaborar la programación en los
software Picaxe, para el control de los
ventiladores y monitoreo de la
temperatura.
Ensamblar los componentes
mecánicos, eléctricos y electrónicos,
para poder descargar la programación.
Realizar pruebas en un área de tres
metros por tres metros para detectar y
3
corregir las fallas del sistema de
refrigeración.
4. Marco Teórico.
5.1 Placas Peltier.
Los módulos Peltier, también
conocidos como placas Peltier, son las
más utilizadas debido a su menor
costo y mayor número de
aplicaciones. Estos módulos tienen
una construcción muy robusta y
convierten la energía directamente, sin
necesidad de partes móviles que
puedan producir efectos como
vibraciones o ruidos.
Están formados por un conjunto de
termopares, situados eléctricamente
en serie y térmicamente en paralelo,
de tal forma que todos los termopares
que absorban calor están situados a
un lado de la placa y los que
desprendan calor al otro lado. Las
investigaciones realizadas sobre estos
dispositivos han determinado que para
mejorar sus prestaciones los mejores
materiales para constituir los
termopares son semiconductores de
tipo P y N.
Figura 1.
Esquema de un modulo peltier.
Fuente: www.efectotermoelectrico.com
Un módulo Peltier se compone por
dos o varias placas de cerámica
separadas por los cubos de material
semiconductor. Dichas placas sirven
como soporte mecánico de la
estructura del dispositivo y como
aislante eléctrico entre los elementos
de la célula.
5.2 Picaxe.
El sistema "PICAXE" es un sistema de
microcontrolador fácil de programar
que utiliza un lenguaje BASIC.
El sistema PICAXE explota las
características únicas de la nueva
generación de micro controladores de
bajo costo FLASH.
4
Figura 2. Icono principal de picaxe.
Fuente: www.microcontoladores.mx
Estos microcontroladores pueden ser
programados una y otra vez sin la
necesidad de un costoso programador
PIC.
5.3 Sensores.
Es un dispositivo capaz de detectar
magnitudes físicas o químicas,
llamadas variables de
instrumentación, y transformarlas en
variables eléctricas. Las variables de
instrumentación pueden ser por
ejemplo: temperatura, intensidad
lumínica, distancia, aceleración,
inclinación, desplazamiento, presión,
fuerza, torsión, humedad, movimiento,
pH, etc.
Figura 3.
Sensores
Fuente: Castro 2004
Una magnitud eléctrica puede ser una
resistencia eléctrica (como en una
RTD), una capacidad eléctrica (como
en un sensor de humedad), una
tensión eléctrica (como en un
termopar), una corriente eléctrica
(como en un fototransistor), etcétera.
5.4 Relevadores.
El relé (en francés: relais, “relevo”) es
un dispositivo electromagnético.
Funciona como un interruptor
controlado por un circuito eléctrico,
que por medio de una bobina y un
electroimán, se acciona un juego de
uno o varios contactos que permiten
abrir o cerrar otros circuitos eléctricos
independientes.
5
Figura 4.
Relevadores.
Fuente: www.prometec.net
5. Diseño Metodológico.
5.1 Levantamiento de Campo.
Durante esta etapa fue necesario
conocer el problema en el cual se
enfoca el proyecto; es por ello que
antes de realizarlo se investigó sobre
los problemas más comunes de los
aires acondicionados y equipos
electrónicos de ventilación y
refrigeración que proporcionan un
ambiente agradable, al igual, se
observa el consumo energético que
llegan a generar las personas al
adquirir este producto, contaminado el
medio ambiente con sus procesos.
5.1.1 Fuga del refrigerante o falta de
gas.
Esta es la falla más común y es causa
de que el aire acondicionado no
funcione. Puede ser debido a una fuga
en el circuito frigorífico o bien porque
hubo un error en la instalación o
porque se ha abierto algún pequeño
poro en una tubería o soldadura debido
a vibraciones o a la corrosión. Si hay
una fuga, simplemente añadir
refrigerante no es la solución. Un
técnico cualificado debe reparar
cualquier fuga, probar la reparación, y
luego cargar el sistema con la cantidad
correcta de refrigerante. El rendimiento
y la eficiencia del aire acondicionado
son mayores cuando la carga de
refrigerante coincide exactamente con
las especificaciones del fabricante. Las
fugas de refrigerante también pueden
ser perjudiciales para el medio
ambiente.
6
Figura 5 Detección de fugas del refrigerante.
Fuente: www.testo.com.
5.1.2 Falla del control eléctrico.
Se pueden llevar a cabo controles del
compresor y del ventilador, sobre todo
cuando el aire acondicionado se
enciende y se apaga con frecuencia,
como es común cuando un sistema
está sobredimensionado. La corrosión
del alambre y los terminales, es
también un problema en muchos de los
sistemas, por lo tanto, las conexiones y
los contactos eléctricos deben
comprobarse por alguien que preste un
servicio de mantenimiento lo que lleva
a un gasto económico por parte del
usuario.
Al igual es importante conocer el
funcionamiento de las placas peltier y
el efecto termoeléctrico las cuales
tienen como objetivo en esta
implementación el enfriamiento de un
área.
5.1.3 Problemas del Sensor.
Los aires acondicionados cuentan con
un sensor del termostato, que se
encuentra detrás del panel de control,
que mide la temperatura del aire que
entra en la bobina de evaporación. Si
el sensor cae de posición, el aire
acondicionado podría comportarse de
forma errática. El sensor debe estar
cerca de la bobina pero sin tocarlo,
debes ajustar su posición doblando
con cuidado el hilo que lo mantiene en
su lugar.
5.1.4 Contaminación Ambiental.
Necesitan gases refrigerantes para
enfriar, dichos gases son despedidos a
la atmósfera, pero esto no afectan
mucho al efecto invernadero, más bien
destruyen la capa de ozono, ¿cómo?
Las moléculas de cfc
(clorofluorocarbonos) se descomponen
por efecto de los rayos ultravioleta del
sol, liberando un átomo de cloro, el
cual es destruye a las moléculas de
ozono, estos átomos de cloro duran
muchos años en el ambiente, por lo
7
que siguen destruyendo a las
moléculas de ozono, dichas moléculas
forman una concentración en la
estratosfera impidiendo el paso de los
rayos ultravioleta de onda larga,
dañinos para la salud humana.
5.1.5 Exceso de consumo eléctrico.
Los equipos de aires acondicionados
son los aparatos que consumen mayor
energía eléctrica en un hogar
aproximadamente 1500W cada hora
(1.5kWh). Esto quiere decir que cada
hora que se pase enfriando a plena
potencia, va a consumir 1500W. Según
el servicio eléctrico (Comisión Federal
de Electricidad) en el estado de
Campeche cobra por Kw/h según el
consumo de los usuarios (ver figura 6).
Figura 6 Precios de CFE
Fuente: elaboración propia.
Este usuario tienen un consumo
promedio de 14.10 Kw/h diario, este
tiene un sistema de aire acondicionado
el cual trabaja a 8 horas obtendremos
que al día en el servicio básico
consuma 8.364 Kw/h al día el cual es
el 59.3% del consumo total.
5.1.6 Efecto Peltier.
El efecto Peltier es una propiedad
termoeléctrica descubierta en 1834 por
Jean Peltier, trece años después del
descubrimiento del mismo fenómeno,
de forma independiente, por Thomas
Johann Seebeck. El efecto Peltier hace
referencia a la creación de una
diferencia de temperatura debida a un
voltaje eléctrico. Sucede cuando una
corriente se hace pasar por dos
metales o semiconductores
conectados por dos “junturas de
Peltier”. La corriente propicia una
transferencia de calor de una juntura a
la otra: una se enfría en tanto que otra
se calienta.
8
Figura 7. Circuito del efecto peltier
Fuente: www.efectotermoelectrico.com
Una manera para entender cómo es
que este efecto enfría una juntura es
notar que cuando los electrones fluyen
de una región de alta densidad a una
de baja densidad, se expanden (de la
manera en que lo hace un gas ideal) y
se enfría la región.
Cuando una corriente se hace pasar
por el circuito, el calor se genera en la
juntura superior (T2) y es absorbido en
la juntura inferior (T1). A y B indican los
materiales.
5.2 Diseño del proyecto.
En base a las investigaciones
realizadas en el funcionamiento de las
placas peltier; se hizo un diagrama
isométrico en el software de diseño
(AutoCAD) del proyecto con el fin de
dar a conocer las partes de este
sistema de refrigeración.
Figura 8
Isométrico del proyecto.
Fuente: Elaboración Propia.
Cabe mencionar que un punto
importante que se toma en cuenta al
diseñar el prototipo, es que todas las
partes y/o dispositivos sean fáciles de
ensamblar y desensamblar por parte
del cliente, ya que se busca que no
sea complejo, para que en un futuro, el
usuario pueda darle mantenimiento sin
la necesidad de que alguien externo lo
realice.
Posee una fuente de alimentación que
es el encargado de alimentar a los
diferentes dispositivos como las placas
peltier, ventiladores y extractores de
calor. Los extractores de calor se
utilizan para expulsar el calor que
generen las placas, que como se
9
mencionó anteriormente, un lado de
las placas genera calor.
El prototipo tiene una altura de 16 cm,
ancho de 22 cm y largo de 78 cm y un
peso aproximado de 10 kg; además
cuenta con turbinas de 120 V, que con
ayuda de 4 disipadores de 12 cm de
largo y 6 cm de ancho expulsaran el
aire fresco. La carcasa está hecha de
plástico, igual a un clima convencional,
para que no tenga demasiado peso.
5.3 Diseño del algoritmo de
programación.
5.3.1 Encendido a distancia, a través
de dispositivo infrarrojo.
La comunicación y transferencia de
datos con la luz infrarroja (infrarrojo:
IR) es un método de envío de datos de
forma inalámbrica en el corto plazo que
va desde los 5 a 10 metros. Para crear
los datos de dispositivos remotos o
rayos infrarrojos se necesita del
dispositivo electrónico llamado IR.
Receptor.
En este caso el equipo utilizado es el
kit de control remoto, que está
compuesto de un emisor y un receptor,
cuenta con un diodo emisor de luz
infrarroja (IR LED) señales de impulsos
de 38 kHz de frecuencia y un teclado
para el tacto.
Figura 9 Kit remoto Keyes
Fuente: Espacio de aprendizaje.com
El receptor tiene una luz fototransistor.
La salida lógica está TTL (5V) en un
estado en el que la salida normal es
alta si se pulsa el botón, a
continuación, enviar una luz infrarroja
de la exportación. Cuando la luz
infrarroja El receptor de salida mínima
(módulo receptor con LED de Keyes a
si los datos recibidos desde el
transmisor para hacer luces LED).
Utilizando el software picaxe editor 6 y
el microcontrolador picaxe-18 M2, se
controla el encendido y apagado del
clima, de igual manera se puede
10
realizar manualmente, ya que en la
parte posterior derecha cuenta con un
swich que cierra el suministro eléctrico
a todos los dispositivos utilizados.
Las salidas del picaxe-18M2 utilizadas
son las c.0 y c.7 donde dependiendo
del pulso alto o bajo del sensor
infrarrojo hará una determinada acción,
por ejemplo para encender el sistema
se necesita de un cero o pulso bajo, el
cual se obtiene presionando alguno de
los botones con los que cuenta el
control del kit remoto Keyes. Para
apagarlo solo se necesita presionar de
nuevo cualquiera de los botones y este
enviara un pulso alto y por
consecuencia cerrara el ciclo del
programa, terminando el proceso del
prototipo.
Figura 10 Código picaxe encendido remoto.
Fuente: Elaboración propia.
5.3.2 Ejecución del software al
integrado Picaxe 18M2.
Para poder descargarlos datos del
código es necesario configurar los
puertos de entradas, en el que se
encuentra conectado el chip picaxe.
Para ello es necesario el cable serial
este es el que conecta el sistema
picaxe al ordenador. Solo necesita ser
conectado cuando el picaxe esté
siendo ejecutado debido a que el
programa permanece almacenado en
el chip aun cuando la fuente este
desconectada. Hay dos tipos de cables
para descarga disponibles, al usar el
tablero de carga experimental
cualquiera de los dos cables puede ser
11
utilizado, los cuales se conecta ya sea
a la cabecera de tres pines o al
enchufe hembra estéreo
Figura 11 Cable serial.
Fuente: spanish.ethernetserialconverter.com
5.3.3 Integrado Picaxe y tablero
Electrónico.
El microcontrolador PICAXE ejecuta
programas que han sido descargados
al mismo. Sin embargo, para operar, el
chip debe ser montado en un tablero
electrónico que provea una conexión al
chip microcontrolador. El tablero
electrónico puede ser diseñado por el
usuario en un circuito impreso, en una
interface prefabricada o, para ahorrar
tiempo y por conveniencia, utilizar el
tablero electrónico tutorial incluido.
Este tutorial asume el uso del
microcontrolador PICAXE-18 (18
pines) montado en el tablero
electrónico.
Figura 12. Tablero electrónico.
Fuente: Elaboración Propia.
Cuando el cable serie esté conectado
al tablero electrónico se procede a
refrescar los puertos de comunicación,
en el apartado del software picaxe
editor 6, “Explorador de Área de
Trabajo”, settings y puerto COM.
Dependiendo del puerto en el que se
encuentre conectado el cable serial es
donde se elegirá el puerto de
comunicación, en este caso el cable se
encontraba en el puerto no. 1. Si en
algún caso el cable se desconecta
cuando el programa se encuentre
descargándose es, refrescar el puerto
y elegir nuevamente el puerto. Es muy
importante tomar él cuenta el modelo
12
del picaxe ya que como se mencionó
anteriormente existen diversos tipos de
chip, para eso es necesario
configurarlo, nos ubicamos en el
apartado “Explorador del Área de
Trabajo”, setting y tipos de picaxe y
seleccionamos el que estemos
utilizando.
Figura 13 Configuración del puerto de comunicación.
Fuente: elaboración propia.
Una vez realizado todo lo anterior se
procede a programar para eso nos
ubicamos en el apartado inicio y
aparece un icono con el nombre de
“programar” le damos un clic y
empieza la descarga de datos.
Figura 14. Botón de carga al integrado picaxe.
Fuente: Elaboración propia.
Una de las ventajas que ofrece picaxe
es que podemos observar la variable
que está siendo monitoreada.
5.4 Ensamble.
Cada uno de los dispositivos y partes
que conforman este prototipo fueron
diseñados y colocados de manera
estratégica para que el propio usuario
pueda desarmar y así realizar el
mantenimiento preventivo y correctivo.
Teniendo con esto una gran ventaja
frente a los aparatos convencionales
ya que actualmente el costo de
mantenimiento preventivo va desde los
$500 hasta los 1000 y el correctivo
superior a los $800 pesos. Cabe
mencionar que dependiendo del
modelo y marca de un equipo es el
precio del servicio mencionado.
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Figura 15 Sistema de refrigeración.
Fuente: Elaboración propia.
Como se puede observar en la figura el
prototipo tiene una altura de 16 cm,
ancho de 22 cm y largo de 78 cm y un
peso aproximado de 10 kg el cual es
una carcasa de un mini Split
convencional.
Fue necesario desarmar todo el mini
Split tanto que fue quitado la turbina y
el motor para poder poner las placas
de forma horizontal en 60 cm de
madera de 50 mm de ancho como se
puede ver en la siguiente figura.
Figura 16 Ensamble de madera para las palcas.
Fuente: Elaboración propia
Aunado a esto se cortaron 4 placas de
aluminio de 60 mm de alto y 120 mm
de largo con 10 mm de espesor esto
con el fin de que mantengan el lado frio
de las placas para que la turbina del
motor pueda expulsar el frio del
aluminio provocado por estas y así
mantener la temperatura deseada.
Figura 17 Ensamble del aluminio.
Fuente: Elaboración propia.
14
También fue necesaria la adaptación
de los disipadores para poder controlar
el lado del calor de las placas ya que
se puede transmitir el calor al lado frio.
Figura 18 Adaptación de los disipadores de calor.
Fuente: elaboración propia.
Estos disipadores son elaborados de
aluminio de 150 mm de ancho, 120
mm de largo y 60 mm de alto, capaces
de abarcar las placas, se menciona
que en cada disipador cortado se
encuentran 2 placas peltier esto con el
fin de mantener un distancia
considerada y que cada placa trabaje
lo mejor posible para poder enfriar el
aire del área y así trabajar
individualmente para que el calor no
pueda afectar la parte fría de la placa.
6.4.1 Ensamble de las placas.
Para poder ensamblar las placas se
necesita el aislante térmico para pueda
trabajar correctamente en esta ocasión
se utiliza la pasta térmica de 180
gramos el cual no deja pasar el frio ni
el calor a ninguna de las caras de
estas.
Esta pasta se le aplica directamente a
las placas en cada una de las caras de
estas.
Figura 19 Aplicación de la pasta térmica.
Fuente: Elaboración Propia.
Las placas se colocan en medio de los
disipadores y el aluminio para que
pueda trabajar correctamente la placa
se necesitan ventiladores de CD
(corriente directa) los cuales trabajan a
un voltaje de 12 y un amperaje de 0.56
los cuales ayudan a expulsar el aire de
la parte caliente de la placa los cuales
van encima de los disipadores como ya
se mencionó anteriormente el
funcionamiento de estos; es necesario
que esta parte del sistema de
15
refrigeración quede afuera del área
que se quiera enfriar debido a la
perdida térmica que tendría lo que
complicaría el proceso de refrigeración.
Figura 20 Ensamble de los ventiladores.
Fuente: Elaboración propia.
Los cables de conexión de los
ventiladores y las placas están no
deben quedar dentro de la estructura
debido a que no se podrá conectar.
Figura 21. Ensamble de turbina y el motor de 110v.
Fuente: Elaboración Propia.
El motor de 110 volts va conectado a la
turbina de esta forma aumentara la
velocidad de esta para poder expulsar
el aire frio hacia el área que se quiera
enfriar.
5.4.2 Conexión de las fuentes, las
placas, el motor y los ventiladores.
Se utiliza una fuente de 110 volts de
computadora las cuales tiene la
capacidad de conectar equipos
electrónicos de corriente directa como
son las placas peltier estas están
conectadas a una salida de esta fuente
los cuales son de 12 volts a 20 Amper;
es por ello que las placas se conectan
en paralelo según la ley de corriente de
Kirchhoff la cual señala que la corriente
se divide y el voltaje se mantiene si se
16
conecta en paralelo mientras que en
serie el voltaje se divide pero la
corriente es la misma.
Al igual que las 8 placas van
conectadas a una de las salidas de la
fuentes también los ventiladores están
conectado ya que en la fuente existe el
voltaje de 12 volts a 5 ampere se
puede conectar en paralelo.
Figura 22 Conexión del motor AC
Fuente: Elaboración propia.
El motor es una de las partes
principales de este proyecto ya que es
el encargado de girar la turbina la cual
será posible expulsar el aire frio de las
placas para que pueda enfriar la
habitación, la oficina etc. Se es
necesario separar el cable de tierra y el
de línea, el cual se conectara a la
fuente esto permitirá iniciar el proceso
de enfriamiento junto con todos los
elementos.
Figura 23 Conexión del picaxe.
Fuente: Elaboración propia.
El micro controlador picaxe es otro
elemento indispensable ya que es
donde se almacena el control de
encendido y apagado del sistema al
igual que el monitoreo de temperatura
este integrado es conectado a un
voltaje de 5 volts lo que es fácil de
conectar con cualquier cargador de
celular lo que permite su fácil
instalación dentro del proceso.
En el apartado de anexo se puede
observar las siguientes
5.5 Prueba y error
Durante esta etapa se hizo prueba
dentro de un área de tres metros de
17
alto por tres metros de ancho y dos
metros y medio de alto el cual la
temperatura ambiente estaba a 31°C la
temperatura de la habitación estaba a
30°C.
Figura 24 Medición de temperatura ambiente.
Fuente: elaboración propia.
Se dejó el sistema funcionando
durante 15 minutos se midió la
temperatura de 28°C a los 10 minutos
de la primera medida, se obtuvo 25°C
según las medidas realizadas se
obtuvo la siguientes datos.
Grafica 1 Monitoreo de temperatura
Fuente elaboración propia.
El resultado fue que en cada minuto el
sistema disminuya 0.2 grados
centígrados debido a que durante los
25 minutos se obtuvo 25 grados
centígrados de 30 grados a lo que
estaba la habitación lo cual disminuyo
5 grados durante un lapso de 25
minutos cabe mencionar que se
mantuvo el sistema encendido durante
una hora bajo hasta 24 grados en 40
minutos.
Mientras que un aire acondicionado
convencional el cual es marca Lg de
8000 btu disminuye 25 grados
centígrados en 10 minutos a una
temperatura de 30 grados dentro de la
habitación lo que muestra que baja 0.5
grados por minuto, esto debido al
18
proceso de refrigeración que consume
mayor energía eléctrica.
Otro de las pruebas realizadas es el
consumo eléctrico y la diferencia de
costo de un sistema de aire
acondicionado al sistema de
refrigeración en la siguiente tabla se
muestra el costo del sistema de
enfriamiento.
Tabla 1. Costo de material del sistema de
enfriamiento.
Costo de los materiales e implementación
Concepto Cantidad Precio total
Ventiladores 8 $300
Placas peltier 8 $640
Motor a.c. 1 $200
Pasta térmica 2 $160
Turbina 1 $300
Picaxe 1 $100
Fuentes de corriente
1 $1,000
Disipadores 4 $200
Sensor LM35 1 $40
Sensor infrarrojo
1 $100
Carcasa 1 $250
Total 1 $3,290
Fuente: Elaboración propia.
A esto se le aumenta el precio de
implementación el cual es de $1000.00
lo que lleva a un total de $4,290.00 y
un aire acondicionado es de $5,000.00
hay un ahorro de $740.00
El consumo energético del aire
acondicionado Lg tipo ventana de 8000
btu con un consumo de energía de 1.2
Kw/h estos a un horario de trabajo de 8
horas por día; entonces consumen por
día 9.6 Kw.
Grafica 2. Consumo energético de un aire
acondicionado.
Fuente: elaboración propia.
El sistema implementado consume
alrededor de 800 watts lo que es igual
a 0.8 kw/h en funcionamiento de 8 hora
obtenemos 6.4 kw por día, a
continuación se muestra la gráfica de
consumo de energía del sistema
implementado.
19
Grafica 3. Consumo energético del sistema de
refrigeración.
Fuente: elaboración propia.
Como se observa en las gráficas
anteriores el ahorro energético en
precio unitario es de $121.64 mensual
lo que beneficia económicamente a las
personas y reduce el consumo
energético que los aparatos
convencionales generan, al igual se
sustituye el uso de compresores y
gases que dañan al medio ambiente.
6. Conclusiones.
Es importante buscar soluciones
viables y ecológicas a los problemas
que nos afectan hoy día, como es el
caso de los aires acondicionados que
es un pequeño problema, pero que si
la proyectamos a gran escala
constituyen un problema realmente
grave, no solo en el ámbito económico
sino uno más importante, el ecológico,
que si no hacemos algo pronto
terminaremos por deteriorar el
ambiente.
El proyecto mencionado surge a partir
de la problemática aquí mencionado, el
consumo excesivo de energía
eléctrica, la contaminación generada
por estos aparatos como el gas R22 y
las consecuencias que acarrean, la
mejor solución para estos, son sustituir
los principales dispositivos que causan
estos problemas que se encuentran en
el compresor, por otros que no
consuman demasiada electricidad,
como el caso de las placas peltier que
son muy buena opción de enfriamiento,
ya que funcionan a tan solo 12V/5A. y
así se ahorra energía eléctrica.
Es importante señalar que a
investigaciones futuras mantener un
control para la temperatura y poder
reducirla hasta 20°C.
20
7. Bibliografía.
Arturo P. Sandoval G., Enrique Espinosa J., Jorge L. Barahona A (2014).celdas peltier: una alternativa de enfriamiento con base en semiconductores. Recuperado de http://www.utm.mx/~mtello/Extensos/extenso020709.pdf Castro Rojas Adrián (2008). Sensores utilizados en la automatización industrial. (Tesis, media superior, universidad de Costa Rica). Recuperado de http://eie.ucr.ac.cr/uploads/file/proybach/pb0813t.pdf Ghassaei Amanda (2016). Beginner Arduino. Recuperado el 17 de abril de 2016 de http://www.instructables.com/id/Beginner-Arduino/ Mundo digital (2016). ¿Qué es efecto peltier? Recuperado el 17 de abril de 2016 de http://www.mundodigital.net/que-es-el-efecto-peltier/ Taller de robótica con picaxe (2016). El sistema picaxe. Recuperado el 17 de abril de 2016 de http://taller-robotica-picaxe.blogspot.mx/p/unidad-2-la-aplicacion-picaxe-editor-6.html Testo (2016). Detección de fuga de fugas e inspección óptica recuperado de https://www.testo.com.ar/es/home/productos/deteccion_de_fugas_e_inspeccion_optica/deteccion_de_fugas.jsp Principios de Transferencia de Calor, F. Kreith & M.S. Bohn, Editorial Thomson, 6“. Edicin (2001)
Promotec (2016). Arduino y los relés. Recuperado el 17 de abril de 2016 de http://www.prometec.net/reles/
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8. Anexos.
Figura 25
Ensamble de los disipadores.
Fuente: elaboración propia.
Figura 26. Medición de corriente.
Fuente: elaboración propia.
Figura 27
Prueba del sensor infrarrojo.
Fuente: elaboración propia.
Figura 28 Ensamble de los ventiladores.
Fuente: elaboración propia.
Figura 29 Conexión de la fuente.
Fuente: elaboración propia.
