Rediseño de las redes de distribución de aire acondicionado de buses de servicio público como estrategia de eficiencia energética y optimización del confort

Abstract

In the transport industry, vehicle operating costs are an important issue to improve, in the same way thermal comfort for passenger inside a public transport bus (BRT) cabin represents a challenge, most likely in countries or cities with tropical climates such as Barranquilla. The main objective of this project is to propose several modifications that lead to the improvement of the user thermal comfort conditions inside the cabin by revising and proposing solutions that generate a better conditioned air distribution networks, reducing fuel consumption and making the system more attractive for the users. In order to achieve this goal three design alternatives are proposed: flow discretization through dampers on the ducts accionated by a control system, total redesign of the air conducts including linear diffusers and load regulation considering the bus occupation and on the other hand as a third alternative, a compendium of tower type fans are proposed all through the cabin aiming to increase air turbulence. The total redesign alternative is chosen, this consists in the sizing of flexible ducts together with a flow distribution depending on the occupation with the purpose of improving internal thermal comfort conditions which is verified by CFD simulations. Finally, taking current operating conditions as a baseline, improved and recommended parameters by ASHRAE are possible to visualize, thermal comfort in critical zones was improved, the mean temperature in the cabin decreased from 27°C to 23°C, the relative humidity went from 53,6% to 51,9%, while the mean air shot velocity has increased from 2,5 m/s to 5 m/s.

It is recommended to perform deeper and more complex CFD simulations looking forward to optimize the design and location of air distributing system elements and associate this kind of studies with technologies and refrigeration devices modifications.

Para el sector de transporte público es de vital importancia disminuir los costos operativos de los vehículos, de igual manera el confort térmico dentro de los autobuses representa un reto en ciudades con climas tropicales como Barranquilla. El principal objetivo del proyecto es proponer una serie de modificaciones que permitan mejorar las condiciones de confort térmico del usuario dentro de buses tipo padrón de sistema de transporte público al revisar y proponer soluciones para una mejor distribución de aire acondicionado, disminuyendo gastos por combustible y haciendo el sistema más atractivo para los usuarios. En busca de alcanzar este objetivo se establecen tres alternativas de diseño: La discretización del flujo a través de dampers accionados por un sistema de control, rediseño total de los ductos incluyendo difusores lineales y regulación de la carga operativa del sistema a partir de su ocupación y finalmente como última alternativa, la inclusión de ventiladores tipo torre para aumentar turbulencia. Se selecciona la solución que consiste en el dimensionamiento total de ductos flexibles de suministro de aire a lo largo de la cabina en conjunto con una discretización del flujo según ocupación, con el propósito de mejorar condiciones de confort internas, lo cual se verifica a través de simulaciones CFD. Finalmente tomando como línea base condiciones de operación actual de los autobuses, se logra constatar parámetros de confort mejorados y recomendados por ASHRAE, se logró optimizar el confort en las zonas críticas de bus y la temperatura promedio en cabina disminuyó de 27°C a 23°C, la humedad relativa disminuyó de 53,6% a 51,9% mientras que la velocidad de tiro promedio aumentó de 2,5 m/s a 5 m/s. Se recomienda realizar simulaciones CFD más complejas que permitan mejorar el diseño y ubicación de los elementos distribuidores de aire, así como acoplar este tipo de estudios con modificaciones en cuanto a las tecnologías y equipos de refrigeración utilizados.