Enfriador evaporativo

La mayoría de los diseños aprovechan el hecho de que el agua tiene uno de los valores de entalpía de vaporización (calor latente de vaporización) más altos conocidos de cualquier sustancia común. Debido a esto, los enfriadores evaporativos utilizan solo una fracción de la energía de los sistemas de aire acondicionado de compresión o absorción de vapor. Desafortunadamente, excepto en climas muy secos, el enfriador de una sola etapa (DIRECTO) puede aumentar la humedad relativa (HR) a un nivel que hace que los ocupantes se sientan incómodos., Los enfriadores evaporativos indirectos y de dos etapas mantienen la HR más baja.

enfriamiento evaporativo Directoeditar

El enfriamiento evaporativo directo (circuito abierto) se utiliza para bajar la temperatura y aumentar la humedad del aire mediante el uso de calor latente de evaporación, cambiando el agua líquida a vapor de agua. En este proceso, la energía en el aire no cambia. El aire seco caliente se cambia a aire húmedo frío. El calor del aire exterior se utiliza para evaporar el agua., El RH aumenta a 70 a 90% que reduce el efecto de enfriamiento de la transpiración humana. El aire húmedo tiene que ser liberado continuamente al exterior o de lo contrario el aire se satura y la evaporación se detiene.

una unidad de refrigeración evaporativa directa mecánica utiliza un ventilador para extraer aire a través de una membrana mojada, o almohadilla, que proporciona una gran superficie para la evaporación del agua al aire. El agua se rocía en la parte superior de la almohadilla para que pueda gotear hacia abajo en la membrana y mantener continuamente la membrana saturada., Cualquier exceso de agua que gotee desde el fondo de la membrana se recoge en una sartén y se recircula a la parte superior. Los enfriadores evaporativos directos de una sola etapa son típicamente pequeños en tamaño, ya que solo consisten en la membrana, la bomba de agua y el ventilador centrífugo. El contenido mineral del suministro de agua municipal causará incrustaciones en la membrana, lo que conducirá a la obstrucción durante la vida de la membrana. Dependiendo de este contenido mineral y la velocidad de evaporación, se requiere una limpieza y mantenimiento regulares para garantizar un rendimiento óptimo., En general, el aire de suministro del enfriador evaporativo de una etapa tendrá que agotarse directamente (flujo único) debido a la alta humedad del aire de suministro. Se han concebido algunas soluciones de diseño para utilizar la energía del aire, como dirigir el aire de escape a través de dos hojas de ventanas de doble acristalamiento, reduciendo así la energía solar absorbida a través del acristalamiento. En comparación con la energía requerida para lograr la carga de enfriamiento equivalente con un compresor, los enfriadores evaporativos de una etapa consumen menos energía.,

el enfriamiento evaporativo directo pasivo puede ocurrir en cualquier lugar donde el agua enfriada por evaporación pueda enfriar un espacio sin la ayuda de un ventilador. Esto se puede lograr mediante el uso de fuentes o más diseños arquitectónicos, como la torre de enfriamiento de corriente descendente evaporativa, también llamada «Torre de enfriamiento pasiva». El diseño de la torre de enfriamiento pasivo permite que el aire exterior fluya a través de la parte superior de una torre que se construye dentro o al lado del edificio. El aire exterior entra en contacto con el agua dentro de la torre, ya sea a través de una membrana mojada o un señor., A medida que el agua se evapora en el aire exterior, el aire se vuelve más frío y menos flotante y crea un flujo descendente en la torre. En la parte inferior de la torre, una salida permite que el aire más frío entre en el interior. Al igual que los enfriadores evaporativos mecánicos, Las Torres pueden ser una solución atractiva de baja energía para climas cálidos y secos, ya que solo requieren una bomba de agua para elevar el agua a la parte superior de la torre.El ahorro de energía al usar una estrategia de enfriamiento por evaporación directa pasiva depende del clima y la carga de calor., Para climas áridos con una gran depresión de bulbo húmedo, las torres de enfriamiento pueden proporcionar suficiente enfriamiento durante las condiciones de diseño de verano para ser cero neto. Por ejemplo, una tienda minorista de 371 m2 (4,000 ft2) en Tucson, Arizona, con una ganancia de calor sensible de 29.3 kJ/h (100,000 Btu/h) se puede enfriar completamente mediante dos torres de enfriamiento pasivo que proporcionan 11890 m3/h (7,000 cfm) cada una.

para el Centro de visitantes del Parque Nacional Zion, que utiliza dos torres de enfriamiento pasivo, la intensidad de energía de enfriamiento fue de 14.5 MJ/m2 (1.28 kBtu/ft;), que fue 77% menor que un edificio típico en el oeste de los Estados Unidos que utiliza 62.,5 MJ / m2 (5.5 kBtu/ft2). Un estudio de los resultados sobre el terreno realizado en Kuwait reveló que las necesidades de energía de un enfriador evaporativo son aproximadamente un 75% inferiores a las necesidades de energía de un acondicionador de aire convencional.

enfriamiento evaporativo Indirectoeditar

El enfriamiento evaporativo indirecto (circuito cerrado) es un proceso de enfriamiento que utiliza enfriamiento evaporativo directo además de algún intercambiador de calor para transferir la energía fría al aire de suministro., El aire húmedo enfriado del proceso de enfriamiento evaporativo DIRECTO nunca entra en contacto directo con el aire de suministro acondicionado. La corriente de aire húmedo se libera en el exterior o se usa para enfriar otros dispositivos externos, como las células solares, que son más eficientes si se mantienen frías. Esto se hace para evitar el exceso de humedad en espacios cerrados, lo cual no es apropiado para sistemas residenciales.

ciclo Maisotsenkoeditar

Un fabricante de enfriadores indirectos utiliza el ciclo Maisotsenko (ciclo M), llamado así por el inventor y Profesor Dr., Valeriy Maisotsenko, emplea un intercambiador de calor iterativo (de varios pasos) hecho de una membrana reciclable delgada que puede reducir la temperatura del aire del producto por debajo de la temperatura de bulbo húmedo, y puede acercarse al punto de rocío.

el sistema tiene una eficiencia muy alta, pero, al igual que otros sistemas de enfriamiento por evaporación, está limitado por los niveles de humedad ambiental, lo que ha limitado su adopción para uso residencial. Puede utilizarse como refrigeración suplementaria en tiempos de calor extremo sin imponer una carga adicional significativa a la infraestructura eléctrica., Si una ubicación Tiene exceso de suministro de agua o exceso de capacidad de desalinización, se puede usar para reducir la demanda eléctrica excesiva utilizando agua en unidades de ciclo m asequibles. Debido a los altos costos de las unidades de aire acondicionado convencionales y las limitaciones extremas de muchos sistemas de servicios públicos eléctricos, las unidades de ciclo M pueden ser los únicos sistemas de enfriamiento adecuados para áreas empobrecidas durante tiempos de temperatura extremadamente alta y alta demanda eléctrica., En áreas desarrolladas, pueden servir como sistemas de respaldo suplementarios en caso de sobrecarga eléctrica, y pueden usarse para aumentar la eficiencia de los sistemas convencionales existentes.

el ciclo M no se limita a los sistemas de refrigeración y se puede aplicar a diversas tecnologías, desde motores Stirling hasta generadores de agua atmosférica. Para aplicaciones de refrigeración se puede utilizar tanto en configuraciones de flujo cruzado como de contraflujo., Se encontró que el contraflujo obtenía temperaturas más bajas más adecuadas para la refrigeración doméstica, pero se encontró que el flujo cruzado tenía un mayor coeficiente de rendimiento (COP), y por lo tanto es mejor para grandes instalaciones industriales.

a diferencia de las técnicas tradicionales de refrigeración, el COP de los sistemas pequeños sigue siendo alto, ya que no requieren bombas de elevación u otros equipos necesarios para las torres de enfriamiento. Un sistema de refrigeración de 1.5 ton/4.4 kw requiere solo 200 vatios para el funcionamiento del ventilador, lo que da un COP de 26.4 y una calificación EER de 90., Esto no tiene en cuenta la energía requerida para purificar o entregar el agua, y es estrictamente la energía requerida para hacer funcionar el dispositivo una vez que se suministra agua. Aunque la desalinización del agua también presenta un costo, el calor latente de vaporización del agua es casi 100 veces mayor que la energía requerida para purificar el agua en sí. Además, el dispositivo tiene una eficiencia máxima del 55%, por lo que su COP real es mucho menor que este valor calculado., Sin embargo, independientemente de estas pérdidas, El COP efectivo sigue siendo significativamente mayor que un sistema de enfriamiento convencional, incluso si el agua debe purificarse primero mediante desalinización. En áreas donde el agua no está disponible en cualquier forma, se puede usar con un desecante para recuperar el agua utilizando fuentes de calor disponibles, como la energía solar térmica.

diseños Teoréticoseditar

en el diseño «cold-SNAP» más reciente pero aún por comercializar del Instituto Wyss de Harvard, una cerámica impresa en 3D conduce el calor pero está medio recubierta con un material hidrofóbico que sirve como barrera contra la humedad., Si bien no se agrega humedad al aire entrante, la humedad relativa (HR) aumenta un poco de acuerdo con la fórmula temperatura-HR. Sin embargo, el aire relativamente seco resultante del enfriamiento evaporativo indirecto permite que la transpiración de los habitantes se evapore más fácilmente, aumentando la efectividad relativa de esta técnica. El enfriamiento indirecto es una estrategia efectiva para climas calurosos y húmedos que no pueden permitirse aumentar el contenido de humedad del aire de suministro debido a la calidad del aire interior y las preocupaciones de comodidad térmica humana.,

Las estrategias de enfriamiento evaporativo indirecto pasivo son raras porque esta estrategia involucra un elemento arquitectónico para actuar como un intercambiador de calor (por ejemplo, un techo). Este elemento se puede rociar con agua y enfriar a través de la evaporación del agua en este elemento. Estas estrategias son raras debido al alto uso de agua, que también introduce el riesgo de intrusión de agua y comprometer la estructura del edificio.,

diseños Hibridoseditar

enfriamiento evaporativo de dos etapas, o indirecto-directeditar

en la primera etapa de un enfriador de dos etapas, el aire caliente se enfría indirectamente sin agregar humedad (al pasar dentro de un intercambiador de calor que se enfría por evaporación en el exterior). En la etapa directa, el aire preenfriado pasa a través de una almohadilla empapada en agua y recoge la humedad a medida que se enfría. Dado que el suministro de aire se enfría previamente en la primera etapa, se transfiere menos humedad en la etapa directa, para alcanzar las temperaturas de enfriamiento deseadas., El resultado, según los fabricantes, es un aire más frío con un HR entre 50-70%, dependiendo del clima, en comparación con un sistema tradicional que produce aproximadamente 70-80% de humedad relativa en el aire acondicionado.

Evaporative + conventional backupEdit

en otro diseño híbrido, el enfriamiento directo o indirecto se ha combinado con aire acondicionado de compresión de vapor o absorción para aumentar la eficiencia general y/o reducir la temperatura por debajo del límite de bombilla húmeda.,

MaterialsEdit

tradicionalmente, las almohadillas de enfriamiento evaporativo consisten en excelsior (fibra de madera de álamo) dentro de una red de contención, pero los materiales más modernos, como algunos plásticos y papel de melamina, están entrando en uso como medios de enfriamiento. Los medios rígidos modernos, comúnmente de 8″ o 12″ de espesor, agregan más humedad y, por lo tanto, enfrían el aire más que los medios de aspen mucho más delgados. Otro material que a veces se utiliza es el cartón corrugado.,

consideraciones de diseñoEditar

uso de Aguaeditar

en climas áridos y semiáridos, la escasez de agua hace que el consumo de agua sea una preocupación en el diseño de sistemas de enfriamiento. De los medidores de agua instalados, se consumieron 420938 L (111,200 gal) de agua durante 2002 para las dos torres de enfriamiento pasivo en el Centro de visitantes del Parque Nacional Zion., Sin embargo, tales preocupaciones son abordadas por expertos que señalan que la generación de electricidad generalmente requiere una gran cantidad de agua, y los enfriadores evaporativos usan mucha menos electricidad, y por lo tanto agua comparable en general, y cuestan menos en general, en comparación con los enfriadores.

ShadingEdit

permitir la exposición solar directa a las almohadillas de los medios aumenta la tasa de evaporación. Sin embargo, la luz solar puede degradar algunos medios, además de calentar otros elementos del diseño de enfriamiento por evaporación. Por lo tanto, el sombreado es aconsejable en la mayoría de las aplicaciones.,

sistemas Mecánicoseditar

aparte de los ventiladores utilizados en el enfriamiento evaporativo mecánico, las bombas son la única otra pieza de equipo mecánico requerido para el proceso de enfriamiento evaporativo en aplicaciones mecánicas y pasivas. Las bombas se pueden utilizar para recircular el agua a la almohadilla de medios húmedos o proporcionar agua a muy alta presión a un sistema de mister para una torre de enfriamiento pasiva. Las especificaciones de la bomba variarán dependiendo de las tasas de evaporación y el área de la almohadilla de medios. El Centro de visitantes del Parque Nacional Zion utiliza una bomba de 250 W (1/3 HP).,

ExhaustEdit

los conductos de escape y/o ventanas abiertas deben utilizarse en todo momento para permitir que el aire escape continuamente del área con aire acondicionado. De lo contrario, la presión se desarrolla y el ventilador o soplador en el sistema es incapaz de empujar mucho aire a través de los medios y en el área con aire acondicionado. El sistema de evaporación no puede funcionar sin agotar el suministro continuo de aire desde el área con aire acondicionado hacia el exterior., Al optimizar la colocación de la entrada de aire enfriado, junto con el diseño de los pasajes de la casa, Las puertas relacionadas y las ventanas de la habitación, el sistema se puede utilizar de manera más efectiva para dirigir el aire enfriado a las áreas requeridas. Un diseño bien diseñado puede eliminar y expulsar eficazmente el aire caliente de las áreas deseadas sin la necesidad de un sistema de ventilación por conductos por encima del techo. El flujo de aire continuo es esencial, por lo que las ventanas de escape o las rejillas de ventilación no deben restringir el volumen y el paso del aire que introduce la máquina de enfriamiento por evaporación., Uno también debe tener en cuenta la dirección del viento exterior, ya que, por ejemplo, un fuerte viento caliente del Sur ralentizará o restringirá el aire agotado de una ventana orientada al sur. Siempre es mejor tener las ventanas a favor del viento abiertas, mientras que las ventanas a favor del viento están cerradas.