El documento presenta tres métodos para evaluar la viabilidad y efectividad de sistemas de enfriamiento por evaporación para el confort térmico humano. El primer método utiliza un índice de viabilidad que compara la temperatura del bulbo húmedo con la depresión del bulbo húmedo. El segundo método emplea vectores en un diagrama psicrométrico. El tercer método usa una nomografía y plantilla para determinar límites de temperatura y depresión del bulbo húmedo. Los métodos pueden aplicarse para

1. Universidad De Sonora
Departamento de Ingeniería y Metalurgia
Operaciones Unitarias II
Octavo Semestre
“Enfriamiento por evaporación para el
confort térmico humano”
Alumna: Mariana Zambrano Cervantes
Prof.: Marco Antonio Núñez Esquer 7 de Febrero del 2019

2. Titulo del articulo: “Tres métodos para evaluar el uso de
enfriamiento por evaporación para el confort térmico humano”
 Procedencia:
Actas del 10º Congreso Brasileño de Ciencias Térmicas
e Ingeniería - ENCIT 2004 Braz. Soc. de Ciencias
Mecánicas e Ingeniería - ABCM, Río de Janeiro, Brasil,
del 29 de noviembre al 3 de diciembre de 2004
 Autores:
• José Rui Camargo
University of Taubaté – Mechanical Engineering
Department
Taubaté - SP - Brazil.
• Carlos Daniel Ebinuma
São Paulo State University – Guaratinguetá Campus
– Energy Departament
Guaratinguetá – SP. Brazil.
• Sebastião Cardoso
University of Taubaté – Mechanical Engineering
Departament
Taubaté - SP. Brazil.

3. Índice
• Introducción
• ¿Qué es?
• Comparación entre sistema convencional
y enfriamiento por evaporación
• Desarrollos recientes
• ¿Dónde son utilizados?
• ¿Cómo pueden ser?
• Sistema por evaporación directa
• Sistema por evaporación indirecta
• Comparación de evaporación directa e
indirecta
• Efectividad
• ¿Qué sucede?
• Utilizando la carta psicométrica
• Métodos para evaluar sistemas de
enfriamiento por evaporación
• Método 1: Índice de viabilidad (FI)
• Metodo 2: Vectores de proceso de
enfriamiento
• Metodo3: Nomografía y plantilla
• Resultados y discusión
• Conclusiones

4. Introducción
• En ambientes cálidos, el aire acondicionado aumenta la eficiencia
del trabajo y comodidad de los hombres
• El sistema más utilizado actualmente es el sistema mecánico de
compresión de vapor
1
2
3
4
Wc
Figura 1- ciclo de refrigeración por compresión de vapor

5. Aunque ..
• El enfriamiento por evaporación puede ser una alternativa más
económica y ecológica, y puede reemplazar el sistema convencional
o puede ser utilizado como un pre-enfriador para estos.

6. ¿Qué es?
• Es un sistema de enfriamiento que funciona utilizando fenómenos
naturales a través de un proceso inducido donde el agua y el aire
son los fluidos de trabajo
• Consiste en la utilización de
la evaporación del agua a
través del paso de un flujo
de aire, disminuyendo la
temperatura del aire
• Principal característica:
Más eficiente en temperaturas

7. Comparando..
Convencionales Enfriamiento por
evaporación
Deshumidificación del aire
Bajo consumo de energía
Fácil mantenimiento, instalación y
operación
Utiliza gases que contaminan al
medio ambiente
Proliferación de hongos y
bacterias
Eficiente en lugares donde el
clima es cálido y seco
Aumenta la humedad en regiones
secas

8. Desarrollos recientes
1963
Watt
1968
Pescod
1980
Eskra
1983
Maclaine
-Cross y
Banks
1984
Nation
1985
Supple y
Broughton
1986
Anderson
Presento
un sistema
de dos
etapas
Describieron
sistemas de
enfriamiento
indirecto
Modelación
de intercam-
biador de
calor
regenerativo
evaporativo
Discutió el
funcionamiento
de tipos de
enfriamiento
por evaporación
Analizó la
economía
obtenida a
partir de un
sistema de 3
etapas
Primeros
análisis serios
de sistemas de
evaporación
directos e
indirectos
Desarrolla un
intercambiador
de calor de
placas de plástico

9. Desarrollos recientes
1988
McClellan
1991
Liesen y
Pedersen
1997
Belding y
Delmas
1997
Schibuola
1998
Halasz
1999
Cardoso,
Camargo y
Travelho
desarrollaron
un módulo
compacto
Usó el aire de
retorno para la
recuperación
de energía
Presentó un
modelo
matemático para
describir todos los
dispositivos de este
tipo, utilizados en
la actualidad
Desarrollaron
estudios del
balance térmico
para sistemas de
enfriado directo e
indirecto
Presentó el
rendimiento de
varios sistemas
de enfriamiento
por evaporación
Presentaron cinco
configuraciones de
enfriamiento por
evaporación para
análisis de energía

10. ¿Dónde son utilizados?
• En procesos de enfriamiento de
fluidos
• Torres de agua • Lavados de Aire • Condensadores de
evaporación

11. ¿Cómo puede ser?
• Enfriador evaporativo indirecto (IEC).
• Puede ser enfriador evaporativo directo (DEC) o
Figura 2: Sistema de enfriamiento por
evaporación directa (DEC) Figura 3- Enfriamiento por evaporación indirecta: (a) tipo plato, (b) tipo tubo

12. a) Enfriador de evaporación directa (DEC)
• Disminuye la temperatura del aire
por evaporación directa
• Se mantiene la entalpia
constante (enfriamiento
adiabático)
• La temperatura mínima que se
puede alcanzar es la temperatura
del bulbo húmedo (WBT) del aire
entrante.
Figura 2: Sistema de enfriamiento por evaporación
directa (DEC)
Almohadilla
evaporativa
Aspersión de agua
Avanico
Aire
caliente
Aire frio
Tanque

13. a) Enfriador de evaporación directa (DEC)
1- Línea de agua a presión
2- bobinas de
calentamiento
3- Separador de gotas
12 3
Figura 4- Esquema de enfriamiento por evaporación directa

14. b) Equipos de enfriamiento por evaporación
indirecta
• El aire, relativamente
seco, se separa del lado
húmedo del aire, donde
el líquido se ha
evaporado.
• El aire de proceso (aire
primario) transfiere calor
a un flujo de aire
secundario o a un liquido
que se haya enfriado por
evaporación.
Firgura 3- Enfriamiento por evaporación indirecta: (a) tipo plato, (b) tipo
tubo
Agua
Agua
Aire
primario
Aire
secundario
Aire
secundario
Aire
primario

15. b) Equipos de enfriamiento por evaporación
indirecta
Línea de agua a presión
rejilla para enfriar en
verano
Bastidor para
humidificación en invierno.
bobinas de calentamiento
y enfriamiento
Separador de gotas
Unidad de recuperación de
calor
Entrada
Salida
Figura 5- Esquema de enfriamiento por evaporación indirecta

16. Diferencias
Indirecto Directo
Tanto el lado seco como la
entalpía en este lado
disminuyen.
Entalpia constante
El evaporador está en el
interior del recinto a
refrigerar
Se utiliza un fluido
secundario para efectuar
la refrigeración en dicho
recinto

17. Efectividad de los enfriadores por
evaporación
•  =
𝐷𝑖𝑠𝑚𝑖𝑛𝑢𝑐𝑖ó𝑛 𝑟𝑒𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑇𝐵𝑆
𝐷𝑖𝑠𝑚𝑖𝑛𝑢𝑐𝑖ó𝑛 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑎 max 𝑇𝐵𝑆
• Disminución teórica max TBS: si enfriamiento fuera 100% eficiente y
el aire de salida estuviera saturado
• Para eso, la temperatura del bulbo seco de salida sería igual a la
temperatura del bulbo húmedo de entrada

18. ¿Qué sucede?
Temperatura de bulbo seco (DBT)
Temperatura de bulbo húmedo (WBT)
Temperatura del punto de rocío (DPT)
¿Caso ideal (100%
eficiente)?
 La temperatura del
bulbo seco y el punto
de rocío deben ser
iguales a la
temperatura del bulbo
húmedo.
Figura 6 - Refrigeración por evaporación por
aspersión con flujo de agua constante
Condición
inicial del aire
Flujo de
aire
Condición final
del aire
Enfriamiento
ideal

19. Utilizando la carta psicométrica
Figura 7 - Tabla psicométrica que muestra la condición: (1) aire exterior, (2) aire
que abandona la unidad indirecta y (3) aire que abandona la unidad directa.
• Suponiendo punto 1
• T del bulbo seco de entrada
=35°C
• T del bulbo húmedo = 25 ° C
• Diferencia inicial es de 10 ° C.
• El proceso 1-2 representa una
unidad de evaporación
indirecta
• El proceso 1-3 representa una
unidad de evaporación directa.
• Suponiendo eficiencia de la unidad
directa del 90% , la depresión será
de 9 ° C y la temperatura del bulbo
seco del aire que sale de esta
unidad será:
• 35 - 0.9 x 10 = 26°C (punto 3).
• Suponiendo un 70% de
eficiencia para la unidad
indirecta. La temperatura
del bulbo seco del aire que
sale de esta unidad será de
28ºC (punto 2).
• El agua que suministra la
unidad se recircula y solo
una parte de esta se
evapora.
• El agua recirculada alcanza
una temperatura de
equilibrio cercana a la
temperatura del bulbo
húmedo del aire de
entrada.

20. Métodos para evaluar sistemas de
enfriamiento por evaporación
• Este documento propone determinar dónde, cuándo, cómo y cuál
es la eficiencia operativa de estos sistemas
• Para ello, se presentan tres métodos para establecer referencias,
aplicados a varias ciudades brasileñas, caracterizadas por diferentes
climas.
• Pueden usarse para verificar la viabilidad del uso de equipos de
enfriamiento por evaporación de aire acondicionado para el confort
térmico humano y su aplicación a varias ciudades.

21. 1) Método 1: Índice de viabilidad (FI)
• Método rápido para evaluar aproximadamente el potencial del
enfriamiento por evaporación.
• Se basa en el Índice de viabilidad, definido por:
• FI = WBT - DT (1)
• Donde:
• DT = (DBT - WBT) es la depresión del bulbo húmedo.
• DBT = Temperatura de bulbo seco.
• WBT = Temperatura del bulbo húmedo del aire exterior.

22. • FI = WBT - DT (1)
• Disminuye a medida que aumenta la diferencia entre la
temperatura del bulbo seco y del bulbo húmedo
• Cuanto más pequeño es el FI, más eficiente será el enfriamiento por
evaporación.
• FI ≤ 10 Enfriamiento confortable
• 11 ≤ FI ≤ 16 Enfriamiento lenitivo (alivio)
• FI ≥ 16 Lugar como no recomendado para este sistema
1) Método 1: Índice de viabilidad (FI)

23. • Conclusión:
• Para alcanzar un índice de rendimiento recomendado para la
comodidad, se necesita una depresión de bulbo húmedo de, al
menos, 12 ° C.
• Se corresponde, por ejemplo, a un DBT de 34°C con WBT de 22°C,
caracterizando una región con humedad relativa de
aproximadamente el 35%.
1) Método 1: Índice de viabilidad (FI)

24. 2) Vectores de proceso de enfriamiento
• Funciona mediante un cuadro psicométrico que brinda áreas de
confort y vectores que representan el proceso de enfriamiento.
• Determina, en el cuadro psicométrico, una zona, desde donde es
posible alcanzar la zona de confort mediante enfriamiento directo
o indirecto.
• Ejemplo:
• AB - enfriamiento por
evaporación directa
• AD - primera etapa indirecta (AC)
y segunda etapa directa (CD)
• EF - aire acondicionado
convencional
Figura 8 - Vectores del proceso de
enfriamiento

25. • El resultado:
• Para determinar los límites de
esta zona, se fijaron los valores
de la humedad específica y se
obtuvo su correspondiente
temperatura de bulbo seco (𝐭 𝐂)
en la línea límite de la zona de
confort, es decir:
2) Vectores de proceso
de enfriamiento
• donde:
• 𝒕 𝑪= Temperatura del bulbo seco
en la línea límite a la derecha
• 𝒕 𝑳= Temperatura del bulbo seco
en la línea límite de la zona de
confort ASHRAE.
• 𝒕 𝑾= Temperatura del bulbo
húmedo
• Si el punto está debajo de la
línea representativa de un
sistema de evaporación
indirecto con  = 60% o 70%, es
posible utilizar este sistema
para enfriamiento de confort.
Figura 9 - Delimitación del área donde es posible alcanzar el área de confort de
enfriamiento por evaporación

26. 3) Nomografía y plantilla
• El gráfico de temperatura efectiva
permite:
• La determinación de la
temperatura máxima permisible
local del bulbo húmedo al aire
libre
• La depresión mínima promedio
del bulbo húmedo al aire libre
requerida para tal desempeño.
Temperaturadelbulbohumedo
Temperaturadelbulboseco
Temp.
efectiva
• Cuadro termométrico adaptado
• Muestra la interacción de la
temperatura del bulbo seco,
temperatura de bulbo húmedo y
velocidad del aire en la
representación de la temperatura
efectiva
• Se utiliza una plantilla de
calculadora
• Útil para fijar los límites de
enfriamiento de confort (plantilla
superior)
• Y para la condición de alivio
(plantilla inferior)
• Pasos:
1. Copiarla en un papel
transparente
2. Colócarlo sobre la tabla con la
línea de "condiciones interiores“
• La plantilla de la intersección
inferior derecha indica la
temperatura máxima del bulbo
húmedo al aire libre capaz de
brindar comodidad, en las
condiciones dadas
• La diferencia máxima de la
plantilla entre la temperatura del
bulbo seco y la temperatura del
bulbo húmedo indica el promedio
mínimo de depresión del bulbo
húmedo al aire libre requerido.
Figura 10- Nomógrafo y plantilla

27. 1. Seleccione ODB y WB de los datos de diseño
del aire acondicionado local. ODB es la
temperatura de bulbo seco al aire libre; WB es
temperatura de bulbo húmedo al aire libre
2. Dibuje la línea de condición exterior de ODB a
WB
3. Seleccione la columna de eficiencia de
saturación del enfriador. Donde cruza la línea
de aire exterior, lea WAE, la temperatura de
entrada a la habitación de aire lavado
4. Seleccione la ganancia de temperatura interior
de aire lavado, generalmente de 6 a 10 grados
F, y ubique WAX ​​a la izquierda que está muy
por encima de WAE, y trace una línea hacia
WAE. WAX es la temperatura de escape de la
sala de aire lavado
3) Nomografía y
plantilla
1. Localice WAIA, la temperatura promedio del aire
lavado, a medio camino entre WAE y WAX.
2. Dibuje una línea horizontal a la izquierda de WAIA
para encontrar el BID, la temperatura promedio de
bulbo seco para interiores
3. Seleccione IWB (no se muestra), generalmente 2
grados F por encima de WB. Es la temperatura
estimada del bulbo húmedo interior.
4. Dibuje la línea de condición interior del BID al IWB
5. Seleccione una línea de velocidad del aire
promedio estimada para interiores en la cuadrícula
de la izquierda, generalmente entre 100 y 400 pies
por minuto.
6. Lea el nivel de confort interior en grados de
temperatura efectivos, donde la línea de
condiciones interiores cruza la línea de velocidad
del aire interior. Lea el porcentaje estimado de
personas cómodas en la parte superior izquierda
Figura 11- Nomógrafo y plantilla

28. Resultados y discusión
• Con el método “índice de rendimiento de enfriamiento por
evaporación (PI)”, es posible verificar que los valores de índice
de rendimiento inferiores o iguales a 10 se obtengan, por
ejemplo, en Córdoba y Tucaman, en Argentina, y Santiago, en
Chile.
• En Brasil es posible encontrar índices entre 11 y 16 para
Petrolina (PE), Uberlândia (MG), Campinas (SP), Pirassununga
(SP), Brasilia (DF), Campo Grande (MT), Londrina (PR), Caxias do
Sul (RS) y Santa Maria (RS), entre otros.
• Con el método “Proceso de enfriamiento por vectores”
• En regiones donde las condiciones climáticas no permiten alcanzar
la zona de confort solo a través del enfriamiento por evaporación,
es posible usar un proceso de pre-humidificación del aire por
adsorción, sistemas asociados directos / indirectos o usar el
enfriamiento mecánico como un sistema de soporte
• Algunas ciudades brasileñas, cuyas condiciones climáticas permiten
alcanzar la zona de confort por enfriamiento por evaporación son:
Belo Horizonte, Brasilia, Campinas, Caxias do Sul, Curitiba, Londrina,
São Paulo y Uberlândia, entre otras.
• Con el método "nomograma y plantilla" es posible obtener los siguientes
resultados:
• La zona de confort aumenta la curva de temperatura efectiva en 5ºC por cada
reducción de latitud de 5º.
• El enfriamiento por evaporación colocado en el norte de Argentina, Uruguay y
Rio Grande do Sul debe obtener un máximo de 26.8°C ET, requiriendo diseño
24.4 °C de la temperatura del bulbo húmedo (WBT) o menor, para una
velocidad del aire de 0.1 m/s
• Del mismo modo, con la misma velocidad del aire, las regiones en el norte de
Rio Grande do Sul, Santa Catarina y en el sur de Paraná deben tener 27.3ºC TE
o menos, donde 24.9°C es el diseño máximo admisible de WBT.
• En el norte de Paraná, São Paulo, Río de Janeiro, Mato Grosso do Sul y en el sur
de Minas Gerais, el enfriamiento necesario para obtener 27.8ºC TE o menos,
requiere el diseño máximo de WBT de 25.5ºC
• El norte de Minas Gerais y el sur de Mato Grosso y Goiás requieren
un diseño máximo de WBT de 26ºC.
• Bahía, sur de Tocantins, norte de Mato Grosso, Rondonia y Acre
requieren un diseño máximo WBT de 26.6 ° C.
• El sur de Maranhão, el norte de Tocantins, el sur de Pará y el sur de
Amazonas solicitan un diseño máximo de WBT de 27.3 ° C.
• Finalmente, el norte de Maranhão, el norte de Pará, el norte de
Ceará, el norte de Amazonas, Amapá y Roraima requieren un
diseño máximo de WBT de 27.9°C

29. Conclusiones
• Este documento presenta una metodología y un estudio sistemático
relacionado con los sistemas de enfriamiento por evaporación aplicados
a las regiones tropicales y ecuatoriales, y los métodos presentados aquí
son útiles para evaluar la viabilidad técnica de estos sistemas para el
confort térmico humano
• Permite la correcta determinación de dónde y cómo se pueden usar
eficientemente
• Tienen un potencial muy grande para producir confort térmico y pueden
ser una alternativa a los sistemas convencionales en regiones donde la
temperatura del bulbo húmedo es relativamente baja.
• Se puede utilizar con sistemas convencionales donde el sistema por
evaporación solo no puede satisfacer todas las necesidades de confort.
• Algunas alternativas posibles son los sistemas de etapas múltiples y los
sistemas de prehumectación de adsorción.
• Las regiones con un diseño de temperatura de bulbo húmedo inferior a
24 ° C son regiones naturales en las que se puede usar estos sistemas
• Sin embargo, los datos más importantes para un ingeniero o diseñador
son los registros climáticos actualizados para la región específica con el
fin de averiguar qué se puede hacer con respecto al confort térmico
• Los métodos presentados en este documento también se pueden usar
para otros sistemas de aire acondicionado.