Se presentan un modelo matemático y resultados experimentales de un sistema de enfriamiento evaporativo indirecto para acondicionamiento de aire en lugares de clima cálido y seco.

1. Operaciones Unitarias II
Investigación de una temperatura menor a la del bulbo
húmedo en un enfriador evaporativo para edificios.
Marcela Montoya Blumenkron
17/02/16

2. Investigación de una temperatura menor a la del bulbo
húmedo en un enfriador evaporativo para edificios.
Autores. Rabah Boukhanouf, Abdulrahman Alharbi, Hatem G Ibrahim,
Meryem Kanzari
Nottingham University, Faculty of Engineering, Nottingham, NG7 2RD, UK 7
Qatar University, Department of Architecture and Urban Planning, Doha,
Qatar
Sustainable Building Conference 2013 , Coventry University
Pag. 70-79

3. Índice
• Introducción.
• Sistemas de enfriamiento por evaporación directa.
• Sistemas de enfriamiento por evaporación indirecta.
• Materiales en los medios húmedos.
• Diseño de un enfriador evaporativo con cerámicos porosos a un temperatura
menor que la del bulbo húmedo.
• Modelo Matemático.
• Banco de pruebas experimentales.
• Resultados y conclusiones.

4. Introducción.

5. • En regiones con climas fríos, como el norte de Europa, la energía
para calefacción y cuentas de agua caliente representan más del 60%
de la energía total utilizada en edificios, mientras que en la región de
clima caliente una proporción similar de consumo de energía es para
el enfriamiento del aire en los edificios.

6. • El mercado de la climatización está dominada por sistemas de
compresión mecánica de vapor, que son sistemas de uso intensivo de
energía y sufren de bajo rendimiento térmico en condiciones de clima
cálido. Por lo tanto, en la región de clima cálido y seco, la aplicación de
tecnologías de bajo carbono de refrigeración es una vez más el foco de
muchos investigadores, incluyendo los métodos de integración en
edificios modernos y materiales que sean más duraderos.

7. Tecnología de un enfriador evaporativo.
El enfriamiento por evaporación tiene un bajo contenido de carbono y
un método económicamente viable para la refrigeración de los
edificios en climas cálidos y secos.

8. Sistemas de enfriamiento
por evaporación directa.

9. Esquema de un sistema de enfriamiento por
evaporación directa.
Aire caliente
(ambiente)
Suministro de
agua
Aire frio
(humedo)
Superficie mojada
(medios porosos)
Entalpia
total
Entalpia
total (sin
cambio)

10. • Dado que el proceso es adiabático, la pérdida de calor sensible por el
aire es compensada por la ganancia de calor latente, que aparece
como aumento de contenido de humedad. La transferencia de calor y
masa entre el aire cálido seco y el agua puede expresarse de la
siguiente manera:
(mah1+mv1hv1) − mwvhfg = (mv1h2+mv2hv2)
• La cantidad de agua requerida se puede calcular como:
mwv = mda g2 − g1

11. • La eficacia de los enfriadores evaporativos directos se ve influenciada
principalmente por la temperatura de bulbo húmedo del aire y en un
sistema bien diseñado el aire podría ser enfriado hasta dentro de 2 a
3 ° C de la temperatura de bulbo húmedo

12. Enfriamiento evaporativo
indirecto

13. • Investigadores desarrollaron y modificaron el proceso térmico del
sistema de enfriamiento por evaporación directa a la consecuencia de
la temperatura de bulbo húmedo. En esta disposición, en los
enfriadores, las corrientes de aire se separan en el canal seco para el
aire de alimentación y el canal húmedo para rechazar aire de trabajo
gastado.

14. El aire de alimentación en el canal seco se enfría indirectamente
mediante la transferencia de su calor al aire de trabajo en el canal de
mojado a través de una delgada pared del canal no permeable. Para
lograr una temperatura menor a la del bulbo húmedo, parte del aire frío
en el canal seco se desvía para llevar a cabo el proceso de evaporación
en el canal húmedo.
Aire
húmedo
eliminado
Aire caliente
(seco)
Aire
fresco
Canal seco
Canal húmedo
Transf. de calor.

15. Materiales en los
medios húmedos

16. Materiales en los medios húmedos
• Los medios húmedos utilizados son un componente esencial de un
enfriador evaporativo. Por lo general se hace de un material poroso
con una gran área de superficie y la capacidad para retener el agua
líquida.

17. Diseño de un enfriador
evaporativo con cerámicos
porosos a una temperatura menor
a la del bulbo húmedo.

18. Materiales.
• Medios húmedos. Materiales
cerámicos porosos en forma de
conchas huecas planas
(propiedades estructurales, de
no corrosión y fácilmente
moldeados en la forma
deseada) Aire eliminado
(saturado)
Aire caliente (seco)
Aire fresco
(seco)
Canalseco
Canalhumedo
Panel cerámico
poroso
Capa no
permeable

19. Modelo matemático

20. Este sistema fue modelado utilizando la energía común y las leyes de
conservación de masa. En el modelo del canal seco y húmedo se
dividieron en pequeños elementos finitos (volúmenes) a los que se
aplicaron la energía y las ecuaciones de transferencia de masa.
• Conservación de la energía en el canal seco
El aire se enfría en el canal seco mediante la transferencia de su
calor sensible al canal húmedo a través de la capa no permeable y
los paneles cerámicos porosos.
md 𝜕hd
𝜕A
= −U(Td − Tfw)

21. • Conservación de la energía en el canal húmedo.
Para la transferencia de calor en el canal húmedo, la forma de calor sensible y
latente se intercambia entre el flujo de aire y la película de agua sobre la
superficie de la cerámica porosa.
mw 𝜕hw
𝜕A
= k Tfw − Tw + σ gfw − gw hfg
Como el régimen de flujo de aire tanto en el canal seco y húmedo son
laminar, el coeficiente de transferencia de masa, σ obedece el siguiente
número correlación Lewis.
Le =
k
σCp
(0.9-1.5)

22. • Conservación de la masa en el canal húmedo
La evaporación del agua de la superficie del panel de cerámica aparece
como un aumento del contenido de humedad del aire a lo largo de la
longitud del canal húmedo.
mw 𝜕gw
𝜕A
= σ gfw − gw
El balance global de energía y de masa en la interface película de agua
entre el flujo de aire en el canal seco, la película de agua sobre la
superficie cerámica y el flujo de aire en el canal húmedo.
m 𝑓𝑤 𝑐 𝑝𝑓𝑤 𝜕hfw
𝜕A
= U Td − Tfw − σ gfw − gw hfg − 𝛼(Tfw − Tw)

23. BANCO DE PRUEBAS
EXPERIMENTALES.

24. Un banco de pruebas de laboratorio fue construido
para probar el enfriador evaporativo cerámico.

25. RESULTADOS Y
DISCUSIONES.

26. Longitud del canal de aire (%)
Temperatura(°C)
Perfil de temperatura a lo largo del canal seco y canal húmedo.

27. Temperatura de bulbo húmedo
Entrada de
aire (canal
seco)
Línea de saturación
Salida aire
(canal
seco)
Canal aire seco
Representación del estado del aire en los canales secos y
húmedos en diagrama psicométrico

28. Capacidad de
enfriamiento

29. Finalmente la eficiencia del sistema de enfriamiento fue evaluada por dos
métodos diferentes, el de bulbo húmedo y el de punto de rocio.
Bulbo húmedo
Anteriormente la máxima eficiencia que podíamos alcanzar era igual a 1, sin
embargo en este sistema se logro alcanzar una eficiencia de 1.23 debido a que
la temperatura de salida es menor a la de bulbo húmedo (esta eficiencia siendo
para este experimento con condiciones de aire de entrada de 30°C y una HR del
35%.

30. Punto de rocio.

31. Se demostró que el enfriador evaporativo puede lograr un alto rendimiento
térmico en términos de bajas temperaturas de suministro de aire.
La estabilidad y la fabricación estructural de los materiales cerámicos se
presta bien a la integración en edificios y a realizar la función de aire
acondicionado en las regiones con condiciones climáticas cálidas y secas.

32. GRACIAS POR SU ATENCIÓN