Operaciones Unitarias IIInvestigación de una temperatura menor a la del bulbo

húmedo en un enfriador evaporativo para edificios.

Marcela Montoya Blumenkron

17/02/16

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

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.

Introducción.

• 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.

• 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.

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.

Sistemas de enfriamiento por evaporación directa.

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)

• 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:

• La cantidad de agua requerida se puede calcular como:

• 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

Enfriamiento evaporativo indirecto

• 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.

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.

Materiales en los medios húmedos

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.

Diseño de un enfriador evaporativo con cerámicos

porosos a una temperatura menor a la del bulbo húmedo.

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)

Can

al s

eco

Can

al h

umed

o

Panel cerámico poroso

Capa no permeable

Modelo matemático

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.

• 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.

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.

(0.9-1.5)

• 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.

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.

BANCO DE PRUEBAS EXPERIMENTALES.

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

RESULTADOS Y DISCUSIONES.

Longitud del canal de aire (%)

Tem

pera

tura

(°C)

Perfil de temperatura a lo largo del canal seco y canal húmedo.

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

Capacidad de enfriamiento

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%.

Punto de rocio.

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.

GRACIAS POR SU ATENCIÓN