Enfriamiento por Evaporación Adiabática
En estos sistemas la evaporación adiabática del agua provee un efecto enfriador sobre un flujo de aire circulante. Existen dos categorías principales para estos sistemas: directos e indirectos.
En la evaporación directa el agua es evaporada directamente en la corriente de aire, disminuyendo la temperatura de bulbo seco del aire y aumentando su humedad. Los equipos de evaporación directa enfrían el aire por contacto directo con el agua, ya sea a través de un material con superficie húmeda o a través de una serie de sprays.
En sistemas de evaporación indirectos una corriente de aire secundario remueve el calor de la corriente primaria a través de un intercambiador de calor. En un ejemplo de método indirecto el agua es enfriada por evaporación en una torre de enfriamiento y luego hecha circular a través de un intercambiador de calor. El aire a ser suministrado al espacio que se debe acondicionar pasa por el otro lado del intercambiador de calor. Aun en regiones con altas temperaturas de bulbo húmedo enfriamiento por evaporación indirecta puede ser un sistema económicamente viable.
A continuación se describen un poco más ambos sistemas.
En la evaporación directa el agua es evaporada directamente en la corriente de aire, disminuyendo la temperatura de bulbo seco del aire y aumentando su humedad. Los equipos de evaporación directa enfrían el aire por contacto directo con el agua, ya sea a través de un material con superficie húmeda o a través de una serie de sprays.
En sistemas de evaporación indirectos una corriente de aire secundario remueve el calor de la corriente primaria a través de un intercambiador de calor. En un ejemplo de método indirecto el agua es enfriada por evaporación en una torre de enfriamiento y luego hecha circular a través de un intercambiador de calor. El aire a ser suministrado al espacio que se debe acondicionar pasa por el otro lado del intercambiador de calor. Aun en regiones con altas temperaturas de bulbo húmedo enfriamiento por evaporación indirecta puede ser un sistema económicamente viable.
A continuación se describen un poco más ambos sistemas.
Enfriamiento por Evaporación Directa
En el sistema de enfriamiento del aire por evaporación directa el mismo se hace circular a través de un material húmedo y poroso o a través de un spray, y así su energía de calor sensible evapora algo del agua. La transferencia de calor y masa entre el aire y el agua baja la temperatura de bulbo seco del aire incrementado su humedad a una temperatura de bulbo húmedo constante. De esta manera la temperatura de bulbo seco del aire se aproxima a su temperatura de bulbo húmedo. El proceso es adiabático, así que no ocurre un enfriamiento sensible.
La eficiencia de saturación es el factor clave en determinar el rendimiento de un enfriador por evaporación. Esta se calcula en la medida de cuanto la temperatura que sale del equipo se aproxima a la temperatura de bulbo húmedo del aire que entra al mismo, o también en que medida el sistema se aproxima a una saturación completa. Esto se expresa como la Eficiencia de Saturación Directa y se define como:
En el sistema de enfriamiento del aire por evaporación directa el mismo se hace circular a través de un material húmedo y poroso o a través de un spray, y así su energía de calor sensible evapora algo del agua. La transferencia de calor y masa entre el aire y el agua baja la temperatura de bulbo seco del aire incrementado su humedad a una temperatura de bulbo húmedo constante. De esta manera la temperatura de bulbo seco del aire se aproxima a su temperatura de bulbo húmedo. El proceso es adiabático, así que no ocurre un enfriamiento sensible.
La eficiencia de saturación es el factor clave en determinar el rendimiento de un enfriador por evaporación. Esta se calcula en la medida de cuanto la temperatura que sale del equipo se aproxima a la temperatura de bulbo húmedo del aire que entra al mismo, o también en que medida el sistema se aproxima a una saturación completa. Esto se expresa como la Eficiencia de Saturación Directa y se define como:
Donde:
εe = enfriamiento por evaporación directo o eficiencia de saturación [%]
t1 = temperatura de bulbo seco del aire que entra [°F]
t2 = temperatura de bulbo seco del aire que sale [°F]
ts’ = temperatura de bulbo húmedo del aire que entra [°F]
Una almohadilla húmeda eficiente (con una alta eficiencia de saturación) puede reducir la temperatura de bulbo seco tanto como 95% de la depresión del bulbo húmedo (temperatura de seco menos la temperatura de bulbo húmedo), aunque una almohadilla ineficiente y pobremente diseñada puede reducirla en un 50% o menos.
Aunque el sistema de evaporación directa es sencillo y poco costoso, su efecto es insuficiente para enfriar ambientes donde la temperatura de bulbo húmedo supera los 70°F (21°C). Sin embargo el enfriamiento debe ser suficiente para aplicaciones de alivio de enfriamiento. Los sistemas de evaporación directa no deben utilizar aire recirculado del interior del recinto.
εe = enfriamiento por evaporación directo o eficiencia de saturación [%]
t1 = temperatura de bulbo seco del aire que entra [°F]
t2 = temperatura de bulbo seco del aire que sale [°F]
ts’ = temperatura de bulbo húmedo del aire que entra [°F]
Una almohadilla húmeda eficiente (con una alta eficiencia de saturación) puede reducir la temperatura de bulbo seco tanto como 95% de la depresión del bulbo húmedo (temperatura de seco menos la temperatura de bulbo húmedo), aunque una almohadilla ineficiente y pobremente diseñada puede reducirla en un 50% o menos.
Aunque el sistema de evaporación directa es sencillo y poco costoso, su efecto es insuficiente para enfriar ambientes donde la temperatura de bulbo húmedo supera los 70°F (21°C). Sin embargo el enfriamiento debe ser suficiente para aplicaciones de alivio de enfriamiento. Los sistemas de evaporación directa no deben utilizar aire recirculado del interior del recinto.
Enfriamiento por Evaporación Indirecta
Un enfriador por evaporación indirecto (IEC por sus siglas en inglés) se ilustra en la figura.
Este intercambiador de calor de placas y flujo cruzado usa una bomba de recirculación de agua para humedecer el interior de los tubos del intercambiador. Ya sea aire de retorno del recinto o aire netamente externo puede hacerse pasar por el interior del los tubos por medio de un ventilador secundario. El aire exterior ingresado al edificio es sensiblemente enfriado por la superficie externa de los tubos, los cuales son enfriados por agua que se evapora del interior de la superficie de los tubos. Enfriamiento latente también puede ocurrir si la temperatura de bulbo húmedo de la corriente de aire secundaria se encuentra por debajo del punto del rocío del aire exterior.
Estos intercambiadores de calor son capaces de acercar entre un 60 a 80% la temperatura de bulbo seco del ambiente a la temperatura de bulbo húmedo de la corriente de aire secundaria. Esta es llamada la Eficiencia de Depresión de Bulbo Húmedo (WBDE por sus siglas en inglés), y se calcula de la siguiente forma:
Estos intercambiadores de calor son capaces de acercar entre un 60 a 80% la temperatura de bulbo seco del ambiente a la temperatura de bulbo húmedo de la corriente de aire secundaria. Esta es llamada la Eficiencia de Depresión de Bulbo Húmedo (WBDE por sus siglas en inglés), y se calcula de la siguiente forma:
Donde:
WBDE = eficiencia de depresión de bulbo húmedo [%]
t1 = temperatura de bulbo seco del aire primario que entra [°F]
t2 = temperatura de bulbo seco del aire primario que sale [°F]
ts’ = temperatura de bulbo húmedo del aire secundario que entra [°F]
Las perdidas de presión asociadas al lado de suministro suelen oscilar entre 0,25 a 0,75 inH2O para estos intercambiadores. Las perdidas del lado húmedo oscilan entre 0,8 a 0,9 inH2O.
WBDE = eficiencia de depresión de bulbo húmedo [%]
t1 = temperatura de bulbo seco del aire primario que entra [°F]
t2 = temperatura de bulbo seco del aire primario que sale [°F]
ts’ = temperatura de bulbo húmedo del aire secundario que entra [°F]
Las perdidas de presión asociadas al lado de suministro suelen oscilar entre 0,25 a 0,75 inH2O para estos intercambiadores. Las perdidas del lado húmedo oscilan entre 0,8 a 0,9 inH2O.
