Rendimiento en enfriamiento evaporativo

1. Operaciones Unitarias II
Evaluación del rendimiento de
las fibras locales en enfriamiento
evaporativo
Alumno: Molina León Luis Fernando
Fecha: 5 de octubre de 2017

2. Evaluación del rendimiento de las fibras
locales en enfriamiento evaporativo
• Autor: Faleh Al-Sulaiman
• Departamento de Ingeniería Mecánica
• KFUPM, Dhahran 31261, Arabia Saudita
• Revista: Energy Conversion and Management
• Número: 43
• Año: 2002
• Páginas: 2267-2273

3. ÍNDICE
• Introducción
• Configuración Experimental
• Resultados y Discusión
• Conclusión

4. Introducción

5. • El aumento constante en el precio de la energía eléctrica ha dado
lugar a un renovado interés en los sistemas de refrigeración
evaporativa. El aire acondicionado de refrigeración requiere un alto
consumo de energía. En la provincia oriental de Arabia Saudita,
alrededor del 60% del consumo eléctrico se debe al enfriamiento del
espacio

6. • La reducción de la temperatura del bulbo seco debido a la
evaporación del agua siempre resulta en una temperatura efectiva
más baja, independientemente del nivel de humedad relativa excepto
en los muy raros casos en que la humedad relativa alcanza el 100%.
Muchos usuarios en la provincia oriental de Arabia Saudita tienen
este concepto erróneo.

7. • Una mirada más cercana a los datos meteorológicos de Dhahran, por
ejemplo, revela que en los meses más calurosos del año (junio y
julio), hay una reducción promedio de 8°C o 9°C. Además, la variación
de la humedad relativa durante un día típico de verano es
inversamente proporcional a la temperatura ambiente

8. • Esto significa una mayor efectividad del enfriamiento evaporativo
durante las horas más calurosas del día. En el Reino de Arabia Saudita,
la mayor parte de la utilización de los sistemas de refrigeración
evaporativa se realiza en las zonas secas centrales y áridas. La mayoría
de las fábricas se encuentran en Riyadh.

9. • Las experiencias acumuladas de mantenimiento indican que las
partes que más fallan son las superficies mojadas. La mayoría de las
superficies mojadas comercialmente disponibles son a base de
madera. La deposición de sal y la formación de hongos normalmente
obstruyen estas superficies. Esto provoca la degradación del
rendimiento de los sistemas de evaporación. En este trabajo, se hace
un esfuerzo para evaluar experimentalmente el rendimiento de varias
superficies mojadas.

10. • Una instalación de prueba especial está diseñada para evaluar el
rendimiento de tres fibras naturales que se utilizarán como
almohadillas húmedas en el enfriamiento evaporativo. Las fibras
elegidas son fibras de palma datilera (tallo), yute y luffa. Como
referencia, se elige una almohadilla comercialmente usada,
ampliamente utilizada. Los criterios de rendimiento incluyen:
• Eficiencia de refrigeración
• Rendimiento del material
• Degradación de la eficiencia de enfriamiento

11. • se prevé que estas fibras funcionen bien como superficies mojadas,
ya que todas tienen alta capacidad de retención de humedad y
grandes superficies.
• Las fibras elegidas son las fibras del tallo de la palma datilera (Phoenix
dactylifera)
• Jute tossa (Corchorus olitorius)
• Luffa gourd
• Como referencia, se escoge una almohadilla de Aspenwood, que se
utiliza con mucha humedad, ampliamente utilizada.

12. • Tabla 1-a

13. • El Criterio para determinar la cantidad de fibra que se utilizo como
medio humedecido es la caída de presión constante debido a su
efecto perjudicial sobre la capacidad de refrigeración y el consumo de
energía. El volumen o la masa tiene poco impacto en la selección
debido a las limitaciones generalmente bajas impuestas a ese
respecto. La Tabla 1-b muestra los resultados de las pruebas iniciales
realizadas para determinar la cantidad adecuada de cada fibra.

14. • Tabla 1- b

15. • Segundo criterio de evaluación
• Es la degradación del material. Esto incluye la deposición de sal y la
biodegradación (formación de hongos). Esto se hace remojando la
superficie humedecida en agua durante 24 h. Para acelerar el proceso
de degradación, se utiliza el agua salobre comúnmente disponible en
el área (4000-5000 ppm de sal). Esta prueba se repite varias veces y
los resultados se promedian.

16. • Tercer criterio de evaluación
• Es la degradación de la eficiencia de enfriamiento con el tiempo.
Esto se hace a través de un uso extendido de las superficies mojadas
sin lavado de los depósitos de sal o secado deliberado de las fibras
después del uso para controlar la formación de hongos. Las
eficiencias varían con los caudales de aire y agua, la cantidad de fibra
de refrigeración utilizada, la temperatura ambiente y la humedad
relativa.

17. Configuración Experimental

18. Configuración experimental
• Para determinar la cantidad de fibras comparables de cada tipo
(misma caída de presión a través de la caja de fibras), las fibras se
añaden a la caja de fibras hasta que la velocidad aerodinámica
alcanza un valor designado. Entonces se anota la cantidad de fibra.

19. • Para medir el rendimiento de enfriamiento de las fibras, se diseña y
construye una cámara de enfriamiento especial. La cámara
comprende un conducto rectangular hueco (0.30 m * 0.95 m) hecho
de hojas de vidrio plexy transparentes (figura 1).

20. Figura 1

21. • Un ventilador de succión de 255 W está montado en un extremo y
una caja de fibra está diseñada para deslizarse en la sección central. El
ventilador está diseñado para proporcionar un flujo de aire de
aproximadamente 6 m/s sin la presencia de la superficie mojada y
aproximadamente 3-4 m/s en presencia de la superficie humedecida.
• Figura 1.

22. • La caja de fibra (figura 2) está hecha de una pantalla de metal que
permite que el aire pase a través de la fibra instalada en su interior.
• Una entrada de agua se coloca en la parte superior de la caja de fibra.
Se hacen varios agujeros pequeños de diámetros diferentes en la
parte sólida superior de la caja de fibra para asegurar una distribución
uniforme del agua a través de la fibra.
Figura 2. Caja de fibra

23. • Un agujero de drenaje también se hace en la parte inferior de la caja
de fibra. Ocho termopares de tipo J se utilizan con cuatro en cada
lado de la caja de fibra (hacia arriba y hacia abajo). Los termopares,
montados en un soporte fino especialmente diseñado, están a 10 cm
del centro de la caja de fibras y a una distancia de 5 cm de cada lado.
Figura 2. Caja de fibra

24. • Un dispositivo especial de lectura de temperatura fabricado
especialmente para proporcionar:
• ocho canales de temperatura,
• la lectura dentro de 1 °C.
• Se utilizan otros dispositivos comerciales, tales como un tubo pitot
para medir la velocidad del aire (dentro de 0.1 m/s) y un psicrómetro
para medir la humedad relativa hasta 1%.

25. • Un procedimiento de prueba preciso se implementa en este estudio.
Además, se presta especial atención a la repetibilidad y al promedio.
• Diez experimentos se realizan para cada tipo de fibra para el primer
criterio.
• En cada experimento, las lecturas medias se recodifican. También se
ejerce cuidado variando la secuencia de los tipos de fibra a ensayar y
tomando al menos dos ensayos en cada prueba.

26. • Para evaluar la degradación del material, se observan los pesos de las
fibras secas. Las fibras son entonces empapadas en agua salobre
(4000-5000 ppm) durante 24 h.
• Se determina la cantidad de depósitos de sal y áreas de fibras
afectadas por la formación de moho (hongos).
• La degradación de rendimiento de la eficiencia de enfriamiento se
encuentra funcionando el dispositivo de prueba durante 60 h
continuamente.

27. Resultados y Discusión

28. • La cámara de ensayo está diseñada para dar aproximadamente 6 m/s
en ausencia de fibras. La velocidad elegida es de 2.4 m /s.
• Este valor permite una densidad de fibras similar a la de las
superficies comerciales mojadas típicas.

29. • . Las cifras muestran claramente que el yute tiene el mejor
comportamiento seguido por el de luffa, el tipo comercial y las fibras
de palma. Usando la ecuación (1), las eficiencias de enfriamiento
promedio para diez ejecuciones de cada tipo de fibra se calculan para
ser:
• 𝜂 𝐽𝑢𝑡𝑒 = 62.1% 𝜂 𝑐𝑜𝑜𝑙𝑖𝑛𝑔 =
Δ𝑇
𝑇 𝑑−𝑇 𝑤
----(1)
• 𝜂 𝐿𝑢𝑓𝑓𝑎 = 55.1%
• 𝜂 𝐶𝑜𝑚 = 49.5%
• 𝜂 𝑃𝑎𝑙𝑚𝑎 = 38.9%

30. • 𝜂 𝑒𝑛𝑓𝑟𝑖𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 =
Δ𝑇
𝑇 𝑑−𝑇 𝑤
----(1)
• ∆T, la reducción de temperatura real,
• Td, la temperatura del bulbo seco
• Tw, la temperatura del bulbo húmedo.

31. • Los resultados de la degradación del material se resumen en la Tabla 2
• Material de degradación de las fibras
• Tabla 2
Fibra Masa seca (g) Depósito de sal (g) Formación de Moho
(%)
Jute 96.5 4.65 96.6
Palma 67.5 18.42 52.6
Luffa 65.7 24.44 8.62
Comercial 46.3 38.07 76

32. • El yute tiene la menor deposición de sal con 4,8% (g de sal / g de fibra
seca).
• La fibra de palma y la luffa tienen 27,3% y 37,2% (g de sal / g de fibra
seca), respectivamente.
• La fibra comercial tiene la mayor cantidad de deposición de sal (82%)
(g de sal / g de fibra seca)

33. Figura 3: Temperaturas a la salida de las superficies mojadas en
comparación con el bulbo seco DB y el bulbo húmedo WB

34. • Figura 4: Eficiencia de enfriamiento de fibras seleccionadas a varias
corridas

35. • La formación de moho fue mayor para las fibras de yute. Casi toda la
superficie se vio afectada (96,6%). Luffa tiene la formación de moho
más baja (8,6%). La palma y las fibras comerciales tienen 52,6% y
76%, respectivamente. Los resultados de la degradación de la
eficiencia de enfriamiento se muestran en la Fig. 5
Figura 5

36. • Los resultados indican que luffa tiene una ventaja global sobre las
otras fibras. El yute mostró resultados superiores en el rendimiento
inicial. Sin embargo, existe un rápido deterioro de los resultados
debido principalmente a la biodegradación. Si las fibras de yute
pueden ser tratadas para ofrecer una mayor resistencia a la
formación de moho, ofrecería una excelente alternativa.
Figura 5

37. • Otra desventaja del yute es la dificultad de mantener las fibras
uniformemente distribuidas en la caja de fibras después del mojado.
En este sentido, las fibras de luffa están estructuradas en una malla
tridimensional y no requieren ningún esfuerzo para mantener su
forma durante todo el experimento.

38. Conclusión

39. • Una configuración especial de prueba está diseñada para evaluar el
rendimiento de las fibras de palma de la fecha, yute y luffa para ser
utilizado como almohadillas húmedas en el enfriamiento evaporativo.
• Se eligió una almohadilla húmeda comercial ampliamente utilizada
como referencia.
• Los criterios de rendimiento incluyen:
• Eficiencia térmica
• El rendimiento del material
• Degradación de la eficiencia de enfriamiento.

40. • La mayor resistencia a la formación de moho es ofrecida por luffa
seguido de hojas de palma. El tipo comercial y el yute tienen un
rendimiento muy bajo.
• Luffa tiene una ventaja general sobre las otras fibras en la
degradación de la eficiencia de enfriamiento. El yute tiene el mayor
deterioro. Los resultados generales indican que luffa tiene una
ventaja sobre las fibras comerciales.

41. • Si la superficie del yute puede ser tratada para ofrecer
características más altas de resistencia a los hongos, y si las
fibras se pueden diseñar para mantener una distribución
uniforme después del mojado, sería la mejor alternativa.

42. Gracias por su atención