Se estudia el funcionamiento de una olla de arcilla para reducir la temperatura del agua contenida en su interior. Se concluyó que la reducción máxima de temperatura ocurre cuando el aire ambiental tiene mayor temperatura y menor humedad
1. Enfriamiento evaporativo de
agua en ollas de barro en aire
en reposo
Alina Carelia García Luevano
20 de Agosto del 2015
Operaciones Unitarias II
2. Articulo: “Evaporative Cooling of Water in
Earthen Pots in Quiescent Air”
Autor: Olorunmaiye J.A.
Origen: Universidad de Ilorin, Ilorin, Nigeria
Revista: Journal of NSE Technical
Transactions(1996), 31(3): pp 80 - 91.
5. • Las ollas de barro se utilizan para
almacenar agua potable.
• Mantienen la temperatura del agua por
debajo de la temperatura ambiente.
• Se lleno de agua una olla.
• Midiendo la temperatura del agua, la
temperatura del ambiente y la humedad
relativa de 8am-8pm por 5 días.
Resumen
7. Enfriamiento Evapotarivo
• Proceso de enfriamiento por evaporación
de agua en el cual ocurre una
transferencia de calor y masa.
• El calor sensible del alrededor se
transmite a una superficie húmeda y
evapora algo del agua.
8. • Se puede apreciar y disfrutar cuando la TBS
≥ 32 ° C y con TBH ≤ 24 ° C.
• En las zonas rurales, las ollas se guardan en
en lugares interiores.
• Por lo tanto, es necesario estudiar el
enfriamiento de ollas con en el aire en
reposo y saber qué tan efectivas son.
10. Análisis Teórico
• La filtración de agua a la superficie
está impulsada por la presión
gravitacional.
• El flujo se puede suponer por la ley de
Darcy Obay y la capilaridad hace una
contribución menor a la filtración.
11. • La transferencia de calor y masa se
desacopla del flujo a través de la pared
porosa.
• Este trabajo se concentro en la
transferencia de calor y masa en la
superficie, se supusieron
comportamientos casi estacionarios ya
que varían lentamente con el tiempo.
12. • La velocidad de transferencia de calor sensible(Qs)
de la superficie exterior humedecida de la olla a el
aire está dada por:
𝑄𝑠 = ℎ 𝑐 ∗ 𝐴 ∗ (𝑇𝑒𝑠 − 𝑇𝑟𝑚) ….(1)
Donde:
hc = Coeficiente conectivo de trasferencia de calor.
A = Área de la superficie externa de la olla.
Tes = Temperatura de la superficie externa de la olla.
Trm = Temperatura del cuarto.
13. • La velocidad de transferencia de calor
latente (Q1) de la superficie externa de la
olla está dada por:
𝑄1 = ℎ 𝐷 ∗ 𝐴 ∗ (𝑊𝑒𝑠 − 𝑊𝑟𝑚)ℎ 𝑓𝑔 … (2)
Donde:
hD = Constante de proporcionalidad de la
transferencia de masa.
Wes = Promedio de humedad del aire saturado en la
superficie húmeda.
Wrs = Promedio de humedad del aire en la habitación.
Hfg = Calor latente de vaporización del agua a Tes.
14. • La relación de proporcionalidad entre el coeficiente
transferencia de calor por convección (hc) y la constante
de proporcional de transferencia de masa (hD) llamada
relación de Lewis está dada por:
ℎ 𝑐
ℎ 𝐷 𝐶 𝑝𝑚
= 1 ….(3)
• El calor específico del aire húmedo(𝐶 𝑝𝑚) es:
𝐶 𝑝𝑚 = 𝐶 𝑝 + 𝑊𝑟𝑚 𝐶 𝑝𝑣1 ……(4)
Donde:
Cp = Calor específico del aire seco a presión constante .
Cpv = Calor específico del vapor de agua a presión
constante.
15. • Sustituyendo para hD a partir de (3) en (2), la velocidad
total de transferencia de calor desde la superficie
mojada está dada por:
𝑄𝑡 = 𝑄 𝑐 + 𝑄1 = ℎ 𝐶 𝐴(𝑇𝑒𝑠 − 𝑇𝑟𝑚) +
ℎ 𝐶
𝐶 𝑝𝑚
𝐴(𝑊𝑒𝑠 − 𝑊𝑟𝑚)ℎ 𝑓𝑔
…..(5)
• Se puede mostrar como:
𝑄𝑡 =
ℎ 𝑐
𝐶 𝑝𝑚
∗ 𝐴 ∗ (ℎ 𝑒𝑠 − ℎ 𝑟𝑚) …(6)
Donde:
hes = Entalpia del aire saturado a Tes.
hrm = Entalpia del aire de la habitación.
16. • En el contacto directo de aire y agua, la
entalpía potencial(ec. 6) es útil en la
cuantificación de la transferencia total de
calor entre la superficie mojada y el aire
ambiente .
• De la ec. 6, se ve que el potencial de
conducir por trasferencia simultanea de
calor y masa en una mezcla de vapor de
agua y aire se da por la diferencia de
entalpías.
17. • La transferencia de calor entre la superficie mojada
de la olla y el agua en la olla es por conducción.
• La conductividad térmica efectiva de la pared
porosa en la que el agua fluye en los poros
interconectados se puede encontrar utilizando
ecuaciones aplicadas a la pared porosa con
enfriamiento por transpiración dada por:
𝐾𝑒 = 𝑉𝑓 𝐾 𝑤 + 𝑡𝑓(1 − 𝑉𝑓)𝐾𝑠 ….(7
Ke = Conductividad térmica efectiva.
Kw = Conductividad térmica del agua.
K s = Conductividad térmica de la estructura porosa.
Vf = Fracción de huecos en la estructura porosa.
tf = Factor de tortuosidad.
18. • El factor de tortuosidad para la conductividad térmica de
la estructura porosa:
𝑡𝑓 =
𝑘 𝑝𝑜𝑟𝑜𝑠
(1−𝑉 𝑓)𝑘 𝑠
…(8)
Donde:
𝑘 𝑝𝑜𝑟𝑜𝑠= Conductividad térmica de la pared de la olla seca.
• Cuanto mayor sea la Ke, más cerca estará la
temperatura del agua en el olla a la Tes.
• La velocidad de enfriamiento de la olla es la capacidad
de almacenamiento de calor de la pared.
19. • Suponiendo la resistencia térmica a la transferencia
de calor por convección en la superficie interior de
la olla, insignificante a la resistencia térmica de
conducción a través de la pared.
• La temperatura de la superficie de la pared interna
sería la misma que la temperatura del agua y la
temperatura de la superficie externa de la pared
estará dada por:
𝑇𝑒𝑠 = 𝑇 𝑤 + 𝑡
𝑄𝑡
𝐾 𝑒 𝐴
…(9)
Tw = Temperatura del agua en la olla.
t = Espesor de la pared de la olla.
21. Material
Olla de barro:
• Peso 3.062 kg
• Capacidad 4.686 L
• Área de 0.165 m2
La olla experimental colocado al lado de
una regla de 30 cm.
22. • La olla llena con agua, en un recipiente de
plástico y se cubrió con una placa de
plástico.
• Se coloco en una esquina que no se vería
afectada por el sol.
• Y fueron pesados cada 2 horas desde las
8:00 am - 8:00 pm por 5 días, del 7 al 11 de
diciembre de 1997.
25. Después de 108 horas:
• 1) 39,34% de la cantidad de agua
inicialmente.
• 2) Masa de agua recogida en el recipiente
de plástico 29,79% de la cantidad de agua
que puso inicialmente en la olla.
• 3) Masa de agua evaporada fue 30,76% de
la cantidad de agua inicial.
26. • La velocidad promedio de enfriamiento
evaporativo durante un periodo de dos
horas por unidad de área superficial fue
calculado con la siguiente ecuación:
Ǭ1
𝐴
= 𝑚𝑖 − 𝑚 𝑓
ℎ 𝑓𝑔
7200 𝐴
….(10)
Donde :
mi= Masa inicial de agua en la olla y tazón
mf=Masa final de agua en la olla y tazón
hfg= Entalpia de vaporización del agua.
27. • El promedio de la velocidad de enfriamiento durante
un periodo de 2 horas para el agua que permanece
en la olla es calculado usando con:
Ǭ 𝑡
𝐴
= 𝑚𝑖 − 𝑚 𝑓 𝐶 𝑝𝑊
𝑇 𝑖−𝑇 𝑓
7200 𝐴
….(11)
Donde :
Cpw= Capacidad de calor especifico del agua en la
olla.
Ti= Promedio de temperatura inicial.
Tf= Promedio de temperatura final.
Los resultados de esta se ec. se muestra en la tabla
2.
29. Figura 3. Variación de la
disminución de temperatura
del agua con la hora del día.
Figura 4. Distribución del promedio de
temperatura del agua y la humedad relativa del
aire.
30. Figura 5. Reducción de la masa del agua con el
tiempo debido a la evaporación.
32. Conclusiones
• Las ollas de barro con agua, alejadas de la
luz solar y en una habitación sin corriente de
aire pueden mantener la temperatura esta
por debajo de la temperatura ambiente.
• La mayor disminución de temperatura del
agua fue mayor a la hora del día con la
temperatura del aire mas altas y cuando la
humedad relativa fue menor.
• Para reducir las perdidas de agua potable
en la olla, se aconseja reducir los poros.
