La imagen a continuación muestra el desarrollo del triz:
Idealidad
- 1) Descripción del sistema
Se tiene un sistema que permite disminuir al menos el 30 % del consumo eléctrico proveído de la red nacional en un hogar. Para eliminar la dependencia eléctrica de la cocina y el calentador de agua, se requiere un sistema que haga la función de calentar y llegar a temperaturas para cocinar; esto se logra a través de transferencia de calor por parte de una tubería de aceite caliente que circula apoyada en las paredes externas a la casa, esta se encuentra aislada para evitar transferencia de calor hacia la casa y para evitar decremento de temperatura. Existen los siguientes problemas asociados: es difícil controlar la temperatura a la cual se desea que la cocina opere, es decir, es complicado controlar la transferencia de calor necesaria según la el tipo de comida que se esté cocinando, igual sucede con el calentador, es difícil controlar la transferencia de calor necesaria para el agua (ya que la tubería de aceite forma parte de un sistema); excesivas temperaturas puede causar la evaporación de gran cantidad de agua, lo que aumentaría la presión de tanque excesivamente y traería problemas al sistema de tuberías de aguas. Asimismo, al tratarse de transferencia de calor, como el aceite disminuye su temperatura, esta varía su densidad: esto puede acarrear problemas de dinámica de fluido como vórtices, flujo secundario, desprendimiento de la capa límite, etc.
La tubería de aceite funciona asociada a una bomba de aceite, que permite la circulación eficiente a través de toda la tubería. Esta recibe calor a su vez de otro sistema: la tubería de aire. Esta tubería funciona enterrándose en las afueras de la casa, en el jardín o patio unos 2 m. aproximadamente (suficiente para recibir calor constante del suelo). Como la temperatura del subsuelo no es tan elevada para calentar tanto el aire, se requiere de un dispositivo que lo logre: un compresor (este aumenta presión y temperatura del aire). Para suplir de energía eléctrica al compresor y a la bomba, se logra con un panel solar instalado en las afueras de la casa (puede ser jardín, patio incluso techo de la casa). Existen los siguientes problemas asociados: la energía eléctrica que puede aportar el panel depende estrictamente de las condiciones climáticas (de noche no recibe energía, igualmente en condiciones de lluvia). También la tubería de aire debe envolver a la de aceite en un tramo largo para permitir una transferencia de calor, así que el diámetro de la tubería de aire depende de la tubería de aceite y la transferencia de calor que se quiera lograr. Igualmente el aire modifica la densidad del aceite, pudiendo surgir los problemas ya mencionados con la dinámica de fluidos.
Luego que ocurre la transferencia de calor entre la tubería de aire y la de aceite, como el aire disminuye su temperatura manteniendo una alta presión, esto es provechoso para dos sistemas: secadora de ropa y secadora de platos. Es eficiente ya que con una simple válvula de regulación de flujo y presión, se logran bajos tiempos de secado, prevaleciendo la calidad de la ropa y de los platos (no se deterioran, sobretodo la ropa que generalmente en una secadora convencional sufre mucho).
Se sabe que otra fuente de gastos asociados al consumo eléctrico es la iluminación del hogar (bombillos). Para solventar este problema se decidió abrir ventanas en el techo a manera de tener iluminación natural. Otra solución es tener platos solares en el techo, que funcionan como lámparas. Ambos poseen materiales que impiden el paso del mayor calor posible, teniendo gran iluminación sin casi incremento de temperatura. Un gran problema asociado a estos dispositivos, es que dependen de gran manera del clima externo y de la luz del sol. Es decir, por la noche no servirían de nada a nivel de ahorro eléctrico; igualmente cuando existe gran nubosidad o lluvia, la intensidad luminosa del lugar disminuye. Para regular la intensidad luminosa que se obtiene gracias al paso de luz natural en días excesivamente soleados, se tiene un mecanismo de control tipo persianas fijas graduables, donde se le gradúa el ángulo deseado en función de obtener la intensidad luminosa deseada.
Para disminuir el consumo eléctrico del aire acondicionado de cualquier recinto dentro del hogar, se logra disminuyendo la temperatura del ambiente. Para disminuir la temperatura del ambiente, se debe evitar la absorción excesiva de calor por parte de los materiales del hogar. Se desea recubrir la casa no con materiales aislantes, ya que es muy costoso, y entonces la temperatura del hogar estaría condicionada fuertemente por las condiciones internas. Lo deseado es reflejar la mayor cantidad de radiación a fin de evitar calentar el hogar en días soleados, pero permitiendo calentarlo en días nublados y de mucho frío. Esto se logra pintando todo el exterior del hogar o recubriéndolo de materiales de colores que posean excelente emisividad y la reflectividad. El problema asociado con ello es que el gasto energético depende de gran manera de la temperatura del techo y paredes externas, y estas a su vez dependen de la luz solar, entonces en días soleados, a pesar que se disminuye el consumo eléctrico por acondicionamiento de aire, es imposible evitarlo por completo.
- 2) Descripción del sistema ideal
· Que la tubería de aceite siempre se encuentre a la temperatura ideal de acuerdo al tipo de comida que se va a cocinar.
· Que la temperatura del aceite sea siempre la necesaria para calentar el agua en el tiempo deseado, y luego no siga calentando más, así el agua nunca se evaporará.
· Que la densidad del aceite nunca varíe.
· Que el diámetro de la tubería de aceite sea el menor posible.
· Que el diámetro de la tubería de aire sea el menor posible, incluso igual al del diámetro de la tubería de aceite.
· Que siempre hubiese sol (nunca se haga de noche ni nunca se nuble) para que el panel solar supla de electricidad al compresor y bomba a cualquier hora. También para tener luz natural en el hogar a toda hora.
· Que el calor absorbido por el hogar sea nulo en épocas de verano y sea suficiente en épocas de frío como para calentar el hogar.
- 3) ¿Es conocida una vía para obtener la idealización?
Sí, pero existen elementos contradictorios.
- 4) Determinar qué cambios deben surgir para aplicar la vía correctiva
· En las zonas donde la tubería de aceite disminuye su temperatura en función de entregar calor a los dispositivos ya mencionados, y por consiguiente varía su densidad pudiendo traer problemas asociados de dinámica del fluido; se debe: colocar cambios de sección (toberas o difusores) para disminuir los efectos y permitir a la bomba trabajar en un régimen estable cuando se extraiga calor de la tubería.
· Debe existir un mecanismo regulador de la temperatura de la tubería de aceite, tanto para la cocina como el calentador.
· Debe existir un mecanismo de almacenamiento de energía producida por el panel solar, a fin de poder tener potencia disponible para el compresor y bomba en momentos donde el clima no permita generar electricidad.
· Debe ocurrir máxima transferencia de calor entre tubería de aceite y aire, por ello se debe tener la configuración ideal de intercambiador de calor.
· Pintar de color blanco o colores pasteles el exterior y paredes externas a la casa.
Extracción de conflictos
1) Inherente
- Disminuir el consumo eléctrico proveído por la red nacional, de un hogar, en al menos 30%.
2) Conflictos técnicos
- · Aumentar el área transversal de la tubería sin utilizar más aislante para recubrirlo.
- · Cómo aumentar o disminuir la temperatura del aceite sin afectar el tiempo de cocción.
- · Cómo aumentar o disminuir la temperatura del aceite sólo en el dispositivo cocina (que no afecte al resto del sistema).
- · Cómo aumentar o disminuir la temperatura del aceite sólo en el dispositivo calentador (que no afecte al resto del sistema).
- · Cómo aumentar o disminuir la temperatura del aceite sin afectar su densidad.
- · Cómo recibir intensidad luminosa estable cuando durante el día el clima cambia (se nubla, llueve, sale el sol, etc.)
- · Cómo reflejar mayor radiación sin estar pintando continuamente la casa de pintura reflectiva.
- · Cómo controlar la intensidad luminosa en los atardeceres (disminuye luz natural) en función de aumentar gradualmente la intensidad luminosa con luz artificial (consumo eléctrico).
- · Cómo almacenar electricidad producida sin aumentar peso ni volumen del panel solar.
- · Cómo controlar el tiempo de operación de compresor y bomba, sin afectar las prestaciones requeridas en las tuberías de aire y aceite (temperatura, presión, etc).
- · Cómo introducir la tubería de aceite al hogar sin aumentar la temperatura del recinto.
