Análisis experimental de un intercambiador de calor tierra-aire para su uso como un sistema pasivo para el confort térmico en clima cálido-húmedo

Abstract

En este trabajo se presenta el diseño, construcción, instrumentación y evaluación de un Intercambiador de Calor Tierra-Aire (ICTA) ubicado en Cunduacán, Tabasco bajo condiciones de clima cálido húmedo. El diseño del ICTA fue de 2.5 m de profundidad, 6 m de largo y fue construido con tubería de PVC. En la simulación del comportamiento del fluido (aire) del tubo, se observó que entre menor velocidad de entrada, mayor fue la diferencia de temperatura entre la entrada y la salida del ICTA. El ICTA fue instrumentado para monitorear la temperatura en la entrada y salida del tubo, así como, las temperaturas a diferentes profundidades del suelo y el nivel de agua del suelo. La velocidad del aire dentro del ICTA fue de 0.9812 m s-1. Las pruebas experimentales se realizaron durante un periodo de seis meses (agosto 2017- enero 2018) y se obtuvo que el promedio de la temperatura del suelo a 2.5 m de profundidad fue de 26-28°C, siendo menor en temporada de invierno. Se observó que el ICTA se comportó como enfriador durante el día y como calentador en la noche, excepto en la temporada de invierno que funcionó la mayor parte del tiempo como calentador. Debido a que la región es cálido-húmedo con temperaturas altas, el análisis del ICTA se enfocó en su funcionamiento como enfriador, con el cuál se obtuvo una T máxima de 5.5°C y el máximo T promedio de 2.8°C. Se realizó un análisis energético, ambiental y económico y se encontró que la aportación térmica del ICTA como único sistema para alcanzar el confort térmico en una habitación, no es suficiente. Por lo que, se analizó su potencial como un sistema híbrido acoplado a un sistema de Aire Acondicionado (AC), tomando en cuenta cuatro tipos diferentes de AC. Como resultado de este análisis se estimó un ahorro máximo de 20.76% de ahorro energético, una reducción de CO2 de 129.13 kg y un ahorro económico de $796.97 MNX con respecto al uso de un AC como único sistema de confort térmico. Los resultados obtenidos nos muestran que con el ICTA es posible enfriar un flujo de aire, y que su potencial podría aprovecharse obteniendo mayores beneficios energéticos, ambientales y económicos, cuando se acopla a un sistema de AC.