1. 1
EVALUACION AISLAMIENTO TERMICO EN CABINA
CONDUCTOR VEHICULO C.I.T. BRINKS
Elaborado por: Ing. Miguel Noriega
1. Antecedentes
Actualmente la temperatura al interior de la cabina es alta de acuerdo a la
normativa vigente (resolución 2400 de 1979, titulo III, cap. I del ministerio del
trabajo y seguridad social - Dirección General de Salud Ocupacional y Riesgos
Profesionales, el cual expone en su articulo 572 lo siguiente: la temperatura de
lugar de trabajo debe ser por debajo de 30,5°C (bulbo seco), y en su articulo
581 precisa que la temperatura optima del aire en el lugar de trabajo debe
estar alrededor de los 25°C ±4°C, temperaturas en la cual se logra la sensación
de satisfacción termica)
2. Modelamiento sistema transferencia de calor en la cabina.
FIGURA 1. MECANISMOS DE FLUJO DE CALOR EN LA INTERFACE DEL AISLAMIENTO TÉRMICO EN LA CABINA.
CONDRADCONV QQQ
2. 2
Notación de temperaturas:
1T Temperatura superficie motor.
2T Temperatura pared antes del aislamiento.
3T Temperatura después de aislamiento.
pisoTT4 Temperatura de piso (lámina acero balístico 3,5mm).
aireamb TTT . Temperatura medio ambiente convectivo y radioactivo.
CabT Temperatura interior cabina.
2.1 Condiciones iniciales:
Temperaturas en condiciones maximas de operación
1T 100°C
2T 84°C
3T 20°C.
pisoTT4 20°C
aireamb TTT . 68°C.
CabT 20°C
2.2 Cálculo flujo de calor del motor hacia el piso.
Se procedió al cálculo de los modelos de ecuaciones, aplicando los mecanismos
de transferencia de calor involucrados en este análisis, a fin de poder evaluar la
condición actual y compararla con la de diseño del sistema de aislamiento. A
continuación se describe el procedimiento que se siguió para el cálculo y su
análisis, además de la toma de sus respectivas consideraciones que modelan la
situación y su solución.
3. 3
2.3 Planteamiento del modelo
Inicialmente se considera que el aire se encuentra a una temperatura (clima
cálido- condición extrema de calor) de 35°C que es aspirado por el ventilador, y
del radiador sale a 68°C.
La temperatura del aire atmosférico entre el motor y el piso, fluye a 68°C a una
velocidad considerada de 1,5m/s.
Área convectiva y radioactiva:
; ;
Área conductiva:
; ;
a) Propiedades físicas del aire, la formulación a utilizar requiere las propiedades
a la temperatura media de película, como se muestra a continuación.
Tsuperficie = 100 ºC = 373 ºK
Taire= 68 ºC = 341 ºK
Temperatura media de película
Los valores de propiedad del aire para la temperaturas de película, fueron
interpolados para obtener la condición específica del aire en el medio convectivo.
3
0,989
m
kg
;
Ckg
kJ
cp
º
1,0097 ;
seg
m2
6
1048,21
;
Cm
W
k
º
0,03054 ; 696,0Pr
b) Coeficiente medio de transmisión de calor para toda la pared.
5
26
1090782,0
)/(1048,21
3,1)/(5,1
Re
segm
msmLuaire
L
55
1051090782,0ReL Régimen laminar
Se obtiene la ecuación para el coeficiente de transmisión de calor por convección
(Libro J. P. Holman)
25,0
8,043,0
9200RePr036,0
motor
aire
LCF
L
k
h
Para el aire: 1
motor
aire
K
KTT
T
erficieaire
pelicula º357
2
º373341
2
sup
4. 4
Km
W
º
0402,092001090782,0
3,1
03054,0
696,0036,0 2
8,0543,0
c) Flujo de calor por convección.
Ecuación de enfriamiento de Newton
ThAQ
22
29,1º341373
º
0402,0
m
W
K
Km
W
TTh
A
Q
airemotorCF
CONV
2
91,0 mA WQCONV 17,1
d) Coeficiente de transmisión de calor por radiación motor-aire exterior. Se
asume que la superficie del motor emite radiación que es captada por el medio
ambiente, y que a su vez está en equilibrio térmico con el medio que le rodea; es
decir, puede ser equivalente a un proceso de radiación entre placas paralelas,
suponiendo el aire como una placa ficticia situada a la distancia que marque la
capa limite térmica, paralela a la pared que irradia. La pared del motor y el aire se
comportan como cuerpos grises.
EbATAQRAD 4
(6)
Siendo:
428
º/1067,5 KmW
, la constante de stefan -boltzman
a, el área superficial en m
t, es la temperatura superficial en °k
La emisividad ε radiante se estimó con un valor de 0,65 debido a que la superficie es de fundición.
e) Flujo de calor por radiación.
Ecuación de Stefan-Boltzman
aireparedCF
bbRAD
TTh
EE
A
Q
1
11
21
21
1
(Libro J. P. Holman)
5. 5
Km
W
K
KKmW
TT
EE
h
airepared
bb
CF
º
98,4
º3413731
65,0
1
65,0
1
º341373º/1067,5
1
11
2
444428
21
21
22
4,159º341373
º
98,4
m
W
K
Km
W
TTh
A
Q
aireparedCF
RAD
2
91,0 mA WQRAD 145
CONDRADCONVTOTAL QQQQ
WQTOTAL 14517,1
CONDTOTAL QWQ 2,146
f) Flujo de calor por conducción.
Para este caso se considera que todo el calor que es transmitido por convección y
radiación entre la superficie del motor y el aislamiento térmico se convierte en
calor conductivo que se transfiere al aislamiento
El aislamiento térmico propuesto para reducir la transferencia de calor a través del
piso de la cabina es la Espuma rígida de Poliuretano (PUR), el cual tiene un
coeficiente de conductividad térmica de 0,04 W/m°C. (Según ficha técnica de Sika)
Ecuación de furier
W
espesor
TAQCOND 2,146
mmmmm
W
Cm
Cm
W
Q
TAespesor
COND
aislam 2464,23023639,0
2,146
208435,104,0 2
.
El espesor requerido para aislar térmicamente la superficie del piso de la cabina
del vehículo C.I.T. Brinks es de 24mm (1 pulg.) mínimo, suponiendo una condición
máxima extrema de calor ambiental y operativo del vehículo propio, si la velocidad
del aire en la zona intermedia del motor y el piso llegará a aser mayor, el flujo de
calor se reduciría, logrando menor espesor en el aislamento.
Actualmente se está utilizando material térmico Thermolon de polietileno con
polipropileno (yumbolon placus) el cual tiene una conductividad térmica de
aproximadamente 0,046 W/m°C., para este material el cálculo nos arroja un
6. 6
espesor de 28mm mínimo, el cual (según fabricante polylon) está disponible sólo
hasta 15mm de espesor.
