Si queremos entender el funcionamiento de un equipo de Climatización Adiabática, es necesario conocer algunas propiedades del calor, del aire y del vapor de agua. Los equipos de Climatización Adiabática suelen denominarse también Climatizadores evaporativos o Bioclimatizadores.
El climatizadores evaporativos más común es el Directo, cuyo funcionamiento consiste en climatizar en el equipo el aire caliente procedente del exterior, introducirlo en el edificio y volver a evacuarlo al exterior. También existen otros tipos. como por ejemplo el Indirecto o el limpiador de Aire.
En el presente artículo hablaremos sobre los climatizadores adiabéticos directos.
¿Qué es el calor?
Antes de referirnos al proceso de acondicionamiento adiabático del aire, debemos entender mejor la naturaleza del calor, ya que el frío no es una propiedad en sí misma, sino únicamente una ausencia de calor. El calor existe en dos formas: Calor sensible y calor latente.
El calor sensible
El calor que se puede sentir o “palpar”. Es una propiedad existente en la naturaleza que podemos detectar con la ayuda de un termómetro. Ejemplos de calor sensible son: una acera calentada por el sol, una cocina o un secador de pelo.
El calor latente
Es calor invisible que no se puede detectar con un termómetro. El calor empleado para convertir agua en vapor se conoce como “calor latente de evaporación”. A modo de ejemplo, es el calor que cede la acera caliente para evaporar el agua después de una tormenta de verano, o el calor que libera una cocina para evaporar el agua de una tetera. Mientras el agua líquida cambia su estado a vapor (el vapor es inapreciable), el agua va absorbiendo el calor circundante; la temperatura no varía, pero la cantidad de calor o energía que absorbe el agua está contenida en la estructura molecular del vapor. La Climatización Adiabática sólo es posible gracias a este fenómeno natural denominado calor latente.
¿De dónde procede el calor latente?
Procede del aire y materiales circundantes. Cuando una sustancia cambia su estado de sólido a líquido (hielo a agua) y de líquido a vapor (agua a vapor o a vaho), absorbe el calor de los alrededores.
Esto significa que el aire, los objetos sólidos y los líquidos circundantes se enfrían al ceder su calor a los procesos de fusión o evaporación.
Calor total: es la suma del calor latente y el calor sensible. Es la cantidad total de calor en un espacio, es decir, la suma del calor que se puede sentir y aquel que no se puede sentir.
El calor total se mide en kilojulios (kJ). 1000kJ equivalen aproximadamente a 1000 BTU (unidad térmica británica). La evaporación total de un litro de agua absorbe aproximadamente 2000kJ de energía calorífica y ocurre mediante un proceso que no precisa el suministro de energía externa.
Por ello, los equipos de climatización adiabática requieren una cantidad muy pequeña de energía eléctrica para funcionar. Esta energía eléctrica sólo se requiere para accionar el ventilador y la bomba.
Principios de la bioclimatizacion o climatización adiabática.
Durante muchos años, los Climatizadores adiabáticos han sido utilizados en climas cálidos como EE.UU, Australia y Oriente Medio. Sin embargo, su uso está extendiéndose cada vez más en climas más fríos, como Europa, debido a que se empiezan a sentir los efectos del calentamiento global.
En días en los que el calor o la humedad, o incluso el exceso de polen, resultan incómodos, la gente suele ir a la playa o a los lagos en busca de alivio. El acondicionamiento adiabático del aire imita, de muchas formas, los efectos disipadores de calor que se suelen dar en o cerca de las grandes extensiones de agua. Es un sistema capaz de climatizar de forma efectiva fábricas, almacenes, oficinas y otros muchos espacios.
Al evaporarse el agua, el aire pierde energía y se reduce la temperatura. Existen dos tipos de temperaturas que son importantes en los sistemas de climatización adiabática.
La primera es la temperatura de bulbo seco, que corresponde a la temperatura del aire medida mediante un termómetro expuesto a la corriente del aire. El segundo tipo de temperatura del aire, de gran importancia en los sistemas de climatización adiabática, es la temperatura de bulbo húmedo, que corresponde a la temperatura más baja que se puede alcanzar mediante la evaporación del agua. Las temperaturas de bulbo seco y húmedo sirven para calcular la humedad relativa.
La evaporación se produce cuando la humedad está por debajo del 100% y el aire empieza a absorber agua. Cualquier volumen de aire dado puede contener cierta cantidad de vapor de agua y el grado de absorción dependerá de la cantidad ya existente. El término humedad describe la cantidad de agua que existe en el aire; hace referencia a la cantidad que es capaz de contener. El aire se satura cuando es incapaz de contener más agua. Imaginemos que el aire es una esponja; si la esponja contuviera la mitad del agua que es capaz de albergar, estaría saturada al 50%. Si se aplica al aire, diríamos que la humedad relativa es del 50%.
Se necesita energía para cambiar el agua de un estado líquido a vapor. La energía se obtiene a través de un proceso adiabático del propio aire. El aire que entra en un climatizador adiabático cede energía calorífica para evaporar agua. Durante este proceso, se reduce la temperatura de bulbo seco del aire que pasa a través del climatizador.
Historia del Sistema
Hace siglos, los antiguos egipcios se servían de la climatización adiabática para reducir la temperatura del interior de sus edificios.
Colocaban telas saturadas de agua en zonas abiertas de los edificios. De esta forma, cuando el aire caliente penetraba, pasaba a través de los sacos y se enfriaba.
El proceso de acondicionamiento adiabático del aire
En un equipo Breezair, una bomba transporta agua desde el depósito a la parte superior de los filtros de intercambio termodinámico. Los filtros se saturan de agua cuando el agua vuelve descendiendo por gravedad al depósito. Unos potentes ventiladores centrífugos se encargan de absorber el aire caliente del exterior y pasarlo por los filtros humectados. Cuando el aire pasa a través de los filtros, se enfría por medio de la evaporación y, luego, se distribuye por todo el edificio.
Los sistemas de acondicionamiento adiabático no recirculan el aire, ya que ésto generaría condiciones de alto nivel térmico y de humedad. El aire procedente de un climatizador adiabático sólo debe utilizarse una vez, debe pasar del climatizador a la zona climatizada y, seguidamente, salir del edificio. El constante movimiento del aire climatizado empuja el calor junto con el aire viciado, el humo, los malos olores y las partículas contaminantes.
El acondicionamiento adiabático del aire es especialmente adecuado para ámbitos comerciales e industriales, donde un acondicionamiento por compresor resulta excesivamente caro. Los climatizadores, de instalación rápida y sencilla, se colocan en el exterior del edificio, bien en el tejado, en las paredes laterales o en la planta baja. Un sistema de conductos y difusores de aire se encarga de distribuir el aire climatizado allí donde se necesite. Lo más habitual es utilizar conductos metálicos y rígidos prefabricados, pero también cabe la posibilidad de instalar conductos flexibles. Es frecuente también el uso de conductos verticales con plenum de descarga de aire en fábricas y almacenes donde se requiera una climatización zonal.
Conceptos del enfriamiento adibatico
Cuál es la diferencia de temperatura?
- La temperatura de bulbo seco se mide con un termómetro corriente.
- La temperatura de bulbo húmedo se mide con un termómetro que dispone de un calcetín humectado envuelto sobre el bulbo para que pueda detectar el nivel de evaporación.
- Cuanto más seco esté el aire, menor será la temperatura de bulbo húmedo porque más evaporación podrá producirse en el aire seco.
- La diferencia entre la temperatura de bulbo seco y la temperatura de bulbo húmedo se denomina depresión de bulbo húmedo (DBH / WBD)
Un climatizador adiabático directo Breezair es capaz de reducir la temperatura del aire entrante en una cantidad equivalente a la depresión de bulbo húmedo multiplicada por la eficiencia de saturación del climatizador de aire.
Por lo tanto, la temperatura de la descarga de impulsión de aire en un climatizador adiabático directo es:
T(aire imp) = Tbs(aire ent) – [ef% x (Tbs (aire ent)-Tbh(aire ent))]
100
Dónde:
- T(aire imp) = temperatura de impulsión del climatizador
- T(aire ent.) = temperatura de entrada en el climatizador
- bs=bulbo seco,
- bh=bulbo húmedo
- ef=eficiencia de saturación del climatizador,
- HR= humedad relativa
Ejemplo:
- Aire exterior: Tbs (temperatura del bulbo seco) aire exterior = 30°C
- Tbh (temperatura del bulbo humedo) = 20 ºC
- Humedad relativa ambiental = 40%
- Si la eficiencia de saturación del climatizador es 80%,
T(aire imp) es = 30 – (80% x (30-20)
= 30 – (80% x 10)
= 30 – 8
= 22°C
Confort del aire acondicionado (moderno)
La climatización del aire es el proceso por el cual se modifican las propiedades de aire interior. El objetivo es obtener unas condiciones interiores deseadas a fin de proporcionar máximo CONFORT a personas o en zonas de fabricación o donde se emplee maquinaria.
Es posible climatizar el aire por medio de diferentes métodos.
Método 1
Consiste en cambiar el estado del aire interior utilizando sistemas de ventilación mecánico, como ventiladores de extracción y/o ventiladores de impulsión de aire fresco.
Método 2
Consiste en cambiar el estado del aire interior empleando equipos de «aire acondicionado» tradicionales que funcionan con compresores y gases de refrigerantes sintéticos (CFC).
Método 3
Consiste en cambiar el aire interior utilizando equipos de acondicionamiento adiabático del aire que usan el agua como refrigerante natural. Los sistemas Breezair utilizan el MÉTODO 3.
Carga calorífica
Todos los sistemas de aire acondicionado tienen por objetivo corregir el desequilibro de las condiciones interiores que se genera por la pérdida de calor (en invierno) o ganancia del mismo (en verano). La pérdida o ganancia de calor se denomina «CARGA CALORÍFICA».
La carga calorífica está influida por los siguientes factores:
- La naturaleza de la construcción del edificio
- Los materiales utilizados, zonas acristaladas, protecciones contra el sol,
- La presencia o ausencia de aislamiento térmico en el edificio
- Las condiciones ambientales predominantes
- El número de personas en el edificio
- El calor liberado por la maquinaria, la iluminación artificial y los procesos
- La velocidad a la que el aire entra y sale del edificio
La carga calorífica de un edificio es independiente de cualquier sistema de aire acondicionado que se use o se planee instalar. Esto significa que sea cual sea el sistema de aire acondicionado que se esté empleando, debe ser siempre capaz de tratar la carga calorífica calculada.
Los ingenieros de climatización calculan la carga calorífica de los edificios y, posteriormente, diseñan los sistemas de aire acondicionado que cambian el aire interior para conseguir unas condiciones determinadas de CONFORT interior para esa ubicación.
Aquí se muestra la forma de calcular la carga calorífica Breezair. Se ha formulado siguiendo las pautas de la ASHRAE (sociedad americana de Aire Acondicionado, Refrigeración y Calefacción), pero sin incluir lo relativo al calor latente porque sólo proveemos Climatización Sensible.
La sensación de CONFORT varía según la persona. En 1970 se llevaron a cabo pruebas que demostraron que existe un amplio rango de condiciones en las que la mayoría de personas se sienten confortables. Dicho rango se expresa a través de un diagrama psicométrico para aire acondicionado refrigerado:
Esto muestra que la mayoría de personas se sienten confortables a una temperatura de entre 22 ºC y 29 ºC y con una humedad relativa de entre 20% y 70%, siempre que las humedades más elevadas se asocien a las velocidades del aire más altas.
El rango de CONFORT para el acondicionamiento adiabático del aire varía ligeramente y se representa de la siguiente manera:
Cada línea vertical roja representa una velocidad de aire dentro de un rango de 0,05 a 0,5 m/seg. Esto muestra que la mayoría de personas se sienten confortables a una temperatura de entre 23 ºC y 27 ºC y con una humedad relativa de entre 25% y 70%, siempre que las humedades más elevadas se asocien a las temperaturas más bajas. La diferencia entre los dos diagramas radica en que la climatización adiabática no puede eliminar la humedad y a temperatura del aire de impulsión no es tan baja, por o tanto, los caudales de aire son más altos.
Las pruebas de CONFORT señalaron cinco (5) elementos básicos que definen el CONFORT humano:
1.- Temperatura
Es posible cambiar la temperatura en edificios con exceso de calor utilizando ventiladores de impulsión de aire que introducen por la fuerza aire ambiental climatizado en el edificio (MÉTODO 1)
Es posible modificar la temperatura utilizando sistemas de aire acondicionado convencionales. (MÉTODO 2)
Es posible cambiar la temperatura mediante un acondicionamiento adiabático del aire (MÉTODO 3)
2.- Humedad relativa
El contenido de humedad sólo puede modificarse (reducirse) utilizando sistemas de aire acondicionado convencionales (MÉTODO 2)
3.- Movimiento del aire
El movimiento de aire, suministrado en cantidad y velocidad suficientes para evaporar la superficie húmeda (sudor) de las personas, puede proporcionarse por medio de ventiladores (MÉTODO 1) y mediante el acondicionamiento adiabático del aire (MÉTODO 3)
4.- Naturaleza de la actividad
Esta categoría abarca una amplia gama de actividades humanas, desde el trabajo sedentario hasta el más exigente. Obviamente, no depende del equipo de aire acondicionado, pero los ingenieros tienen en cuenta el calor que genera la actividad a la hora de diseñar los sistemas.
5.- Tipos de ropa
Esta categoría abarca una amplia gama de actividades humanas, desde el trabajo sedentario hasta el más exigente. Obviamente, no depende del equipo de aire acondicionado, pero los ingenieros tienen en cuenta el calor que genera la actividad a la hora de diseñar los sistemas.
Los sistemas de aire acondicionado convencionales, MÉTODO 2, consiguen el CONFORT modificando la temperatura y la humedad. Los sistemas de acondicionamiento adiabático del aire, MÉTODO 3, logran el CONFORT cambiando la temperatura y moviendo el aire (velocidad del aire)
En BioAire podemos ayudarte
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