Exposición

1. Universidad de Sonora
Departamento de Ingeniería Química y Metalurgia
Especulación sobre la viabilidad del enfriamiento evaporativo
Paola Yoanna Granillo López
Operaciones Unitarias II
2023-1
Marco Antonio Núñez Esquer
23 de febrero 2023

2. Especulación sobre la viabilidad
del enfriamiento evaporativo
Autores: M.F. El-Refaie, S. Kaseb
Procedencia: El Cairo, Egipto
Revista: Building and Environment
Volumen: 5
Número: 20
Año: 2009
Páginas: 13

3. Índice
Introducción
Bloques de construcción
Sistema directo
Sistema indirecto
Índices de rendimiento
Estudio de las configuraciones del sistema
Factores de rendimiento de diferentes configuraciones
Evaluación de la viabilidad
Análisis
Sistema directo de una etapa
Sistema indirecto de una etapa
Sistema indirecto/directo de dos etapas
Resultados
Sistemas de una etapa
Sistemas de dos etapas
Conclusión
4
6
7
8
10
11
15
17
18
19
28
29
31
31
32
34

4. Introducción
• Método más antiguo utilizado por el hombre
• Consumo energético específico relativamente bajo
• Ausencia de refrigerantes agresivos al medio
ambiente
• Ahorro de hasta 79% de energía en ciertos sitios
• Dependientes de las condiciones climáticas

5. Introducción
Objetivo. Establecer un método sistemático para
explorar la posibilidad de utilizar el enfriamiento
evaporativo en cualquier situación particular; y
determinar la tasa de flujo de aire requerida y la
condición que puede realizarse dentro del espacio
acondicionado.

6. Bloques de construcción

7. Sistema directo
Fig. 1. Componentes del sistema evaporativo directo
(1)

8. Sistema indirecto
Fig. 2. Componentes del sistema evaporativo indirecto

9. Sistema indirecto
(2)
Si los flujos primario y secundario se toman de la misma fuente, la
ecuación 2 se reduce a:
(3)

10. Índices de rendimiento
80-90% para sistemas directos
55-65% para sistemas indirectos

11. Estudios de las
configuraciones del sistema

12. Sistemas de una etapa
Fig. 3. Sistema directo de una etapa
Fig. 4. Sistema indirecto de una etapa
Fig. 5. Sistema regenerativo indirecto de
una etapa

13. Sistemas de dos etapas
Fig. 6. Sistema de dos etapas (directo/indirecto) Fig. 7. Sistema de dos etapas regenerativo
(indirecto/directo)

14. Fig. 8. Sistema de tres etapas
(directo/indirecto/indirecto)
Sistemas de tres etapas

15. Factores de rendimiento de
diferentes configuraciones
Conociendo la caída de temperatura máxima teórica de
cualquier sistema y basándose en la definición del factor de
rendimiento, es posible definir una expresión para el factor
de rendimiento de cualquier sistema de varias etapas en
términos de los factores de sus componentes.

16. Tabla 1. Factores de rendimiento de los sistemas multietapas

17. Evaluación de la viabilidad
El estado del aire suministrado por un sistema de
enfriamiento evaporativo, depende de las condiciones
exteriores. En los sistemas regenerativos, también depende
de las condiciones interiores.
Se espera que la diferencia de entalpia sea menor que la
lograda con los sistemas mecánicos.
El enfriamiento evaporativo puede no ser viable si es
inevitable una amplia desviación de las condiciones
interiores.

18. Análisis

19. Sistema directo de una etapa
Temperatura de alimentación
Para el sistema en la Fig. 3 y a partir de la Ec. (1), se puede
demostrar que la temperatura de bulbo seco del aire
acondicionado, suministrado al espacio, tc,db está
relacionada con las temperaturas de bulbo seco y húmedo
exteriores to,db y to,wb.
(14)

20. Sistema directo de una etapa
Caudal de aire al espacio
El análisis se basa en la temperatura interior constante tR
El caudal másico de aire de impulsión (m), necesario para
compensar la carga, puede calcularse a partir de
(15)

21. Sistema directo de una etapa
Caudal de aire al espacio
El lado derecho de la ec. (15) se puede poner en términos de
la carga total del espacio; en la forma
El caudal volumétrico de aire (V) suele expresarse en metros
cúbicos de "aire estándar" por segundo. Así,
(16)
(17)

22. Sistema directo de una etapa
Caudal de aire al espacio
El ''Caudal Específico'' de aire (VS) es el caudal volumétrico
por unidad de carga total del espacio.
A partir de las ecuaciones (16), (17) y (14), se obtiene
(18)
(19)

23. Sistema directo de una etapa
Limitación de las condiciones exteriores
El caudal específico tiende a infinito cuando la temperatura
de alimentación tc,db es igual a la temperatura ambiente tR.
Por lo tanto puede demostrarse que la temperatura máxima
teórica exterior de bulbo húmedo tw,max,th, para cualquier
valor de temperatura exterior de bulbo seco viene dada por
(20)

24. Sistema directo de una etapa
Limitación de las condiciones exteriores
Desde una perspectiva recíproca, la temperatura máxima
teórica exterior de bulbo seco td,max,th correspondiente a
cualquier temperatura de bulbo húmedo será de
(21)

25. Sistema directo de una etapa
Limitación de las condiciones exteriores
Si el valor máximo aceptable del caudal específico es
VS,max , entonces los límites prácticos máximos de la
temperatura exterior de bulbo húmedo o de bulbo seco se
denotarán por tw,max,V o td,max,V. Estos valores pueden
deducirse sustituyendo VS,max en la ecuación (19); y los
límites serán dados por
(22)
(23)

26. Sistema directo de una etapa
Humedad relativa interior
Su temperatura de bulbo seco tc,db puede hallarse a partir
de la Ec. (14); y su temperatura de bulbo húmedo es igual a la
del aire exterior to,wb . Por lo tanto, se puede evaluar su
entalpía hc.

27. Sistema directo de una etapa
Humedad relativa interior
El cambio de entalpía del aire, durante la eliminación de la
carga del espacio, viene dado por
Donde hR es la entalpía en condiciones ambientales.
Sustituyendo (m) por la Ecuación (17) y por la definición del
caudal específico, la entalpía hR será
(24)
(25)

28. Sistema indirecto de una etapa
1. Siguiendo los mismos pasos mostrados anteriormente, se
puede demostrar que las Ec. (14)-(25) seguirán siendo válidas
para el sistema indirecto. Excepto que el factor de
rendimiento PFI debe sustituir a PFD siempre que aparezca
en cualquier ecuación o figura.
2. En este caso, el aire suministrado al espacio tiene la misma
proporción de humedad que el aire exterior. Por lo tanto, las
dos propiedades que definen el estado (C) serán la
temperatura de bulbo seco y la relación de humedad.

29. Sistema indirecto/directo de dos
etapas
El punto clave para visualizar el rendimiento de un sistema
de dos etapas es determinar el estado (C) del aire
suministrado al espacio.
Para definir (C), se debe evaluar el caudal de aire necesario y
determinar las condiciones interiores alcanzables.
La depresión de bulbo húmedo Do y la relación de humedad
Wo , en las condiciones exteriores, pueden hallarse
conociendo las dos temperaturas exteriores to,db y to,wb.

30. Sistema indirecto/directo de dos
etapas
La temperatura de bulbo seco entre etapas tP1,db se
calculará a partir de
(26)

31. Resultados
Sistema de una etapa
De las ec. (19) y (20) se desprende que se necesitan mayores
caudales para temperaturas ambiente más bajas, factores de
rendimiento más bajos o factores de calor sensible del espacio
más altos.
En base al análisis la humedad relativa alcanzada en el interior del
espacio dependerá de cinco factores: la temperatura interior
mantenida tR , el factor de calor sensible del espacio, el factor de
rendimiento del sistema PF (PFD o PFI), y las temperaturas
exteriores to,db y to,wb .

32. Resultados
Sistema de dos etapas
Tanto el caudal específico de aire como la humedad relativa
interior se verán afectadas por los seis factores: temperatura
interior mantenida, el factor de calor sensible del espacio, PFI ,
PFD , to,wb y to,db.
A partir de los cálculos desarrollados en un programa
informático se dedujo que el caudal específico requerido es
mayor con valores más bajos de los factores de rendimiento
PFI y PFD y una temperatura interior más baja tR . También se
necesitan tasas de flujo más altas con valores más altos de SHF
espacial.

33. La humedad relativa interior aumenta a medida que: PFI
disminuye, PFD aumenta, tR disminuye, SHF disminuye,
to,wb aumenta y/o to,db disminuye. Todas estas tendencias
concuerdan plenamente con la previsión de trazar los
procesos en la carta psicrométrica.
Resultados
Sistema de dos etapas

34. Conclusión
1 Limitar el caudal de aire de impulsión a un valor aceptable,
teniendo en cuenta las limitaciones de espacio, el nivel de ruido, la
eficiencia energética y los factores económicos.
2 Mantener la humedad relativa interior dentro de un rango
tolerable acorde con la naturaleza o los requisitos de la aplicación.
La consecución de estos dos objetivos puede requerir, en
ocasiones, pasar de una configuración sencilla, o básica, a otra más
sofisticada.

35. El-Refaie, M., & Kaseb, S. (2009). Speculation in the feasibility of evaporative cooling. Building
and Environment, 44(4), 826-838. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2008.05.020
Referencias

36. Gracias por su
atención