Este documento presenta tres experimentos para modelar y explorar la física detrás de los enfriadores evaporativos tipo "Pot-in-Pot". El primero simula un botijo usando una olla de arcilla. El segundo usa un tubo de ensayo como modelo simplificado. El tercero prueba enfriamiento continuo con suministro constante de líquido evaporativo. Los resultados muestran que estos sistemas pueden modelarse efectivamente usando pocos parámetros clave como la pérdida de masa y la resistencia térmica.

1. A 01/09/2022 Hermosillo, Son.
Universidad de Sonora
Departamento de Ingeniería Química y Metalurgia
Operaciones Unitarias II
Semestre 2022-2
Profesor Marco Antonio Nuñez Esquer
‘‘Transferencia de calor y enfriamiento evaporativo
en función de enfriadores Pot-in-Pot’’
Integrantes:
Alvarez Martinez Dulce Maria
Baez Camacho Jesus Andres 1

2. ‘‘Transferencia de calor y enfriamiento evaporativo
en función de enfriadores Pot-in-Pot’’
Arsene Chemin, Victor Levy Dit Vehel, Aude Caussarieu, Nicolas Plihon, and Nicolas Taberlet,
Univ Lyon, Ens de Lyon, Univ Claude Bernard, CNRS, Laboratoire de Physique, Departement de
Physique,
F-69342 Lyon, France ( 2017)
2
Articulo en American Journal of Physics · March 2018

3. INDICE
Sección I. Introducción…………………………………………………………………4
Sección II. Modelado………………………………………………………………......7
II.I. Tamaño…………………………………………………………………………...8
II.II. Naturaleza del liquido en evaporación ……………………………………...10
II.III. Influencia de la velocidad del viento…………………………………….......11
II.IV. Propuesta de modelo matemático……….................................................12
Sección III. Experimentos de refrigeración…………………………………........ ..13
III.I A. Botijo……………………………………………………………….…14
III.II B. Pot-in-Pot(modelo) ………………………………………………...17
III.III C. Enfriamiento continuo …………………………………………....20
Conclusiones………………………..............................................……………… ..23
3

4. I. Introducción
4

5. Un enfriador Pot-in-Pot es un
dispositivo de enfriamiento por
evaporación sin electricidad,
simple y económico.
I. Introducción
El agua se filtra hacia la
superficie exterior de la maceta y
se evapora enfriando la parte
interna.
5

6. I. Introducción
6
Objetivo:
Proponer experimentos prácticos y simples para explorar la física detrás del
enfriador Pot-in-Pot en configuraciones experimentales modelo simplificadas en
lugar de dispositivos reales.

7. II. Modelado
7

8. II. Modelado
A. De enfriadores Pot-inPot reales a modelos experimentales
Tamaño
Calor
especifico
Perdidas
térmicas
Potencia de
enfriamiento
Resistencia
térmica
8

9. II. Modelado
A. De enfriadores Pot-in-Pot reales a modelos experimentales
Los experimentos se realizaron
en tubos de ensayo como se
muestra en la Figura 2.
La materia enfriada se restringió
a líquidos por simplicidad y el
modelo se encuentra empapado
en un liquido que se evapora.
9
FIGURA 2. Bocetos de a) un enfriador Pot-in-Pot real, b)
un botijo y c) un enfriador Pot-in-Pot modelo (tubo de
ensayo).
a)Enfriador Pot-in-Pot real b)Botijo real
c)Enfriador Pot-in-Pot
modelo
Liquido de evaporación
Olla de
arcilla
Toalla de papel
empapada con
liquido de
evaporación

10. II. Modelado
B. Naturaleza del liquido que se evapora.
La optimización del enfriador Pot-in-Pot
requiere una combinación de alto
calor latente de evaporación, así
como una alta tasa de evaporación.
El éter es un líquido refrigerante
mucho más eficiente. Su velocidad de
evaporación es superior a la del agua
y etanol.
10
TABLA 1. Propiedades termodinámicas de
líquidos en evaporación.

11. II. Modelado
C. Influencia del flujo de aire en la tasa de evaporación
Una manera simple y eficiente de reducir
la presión parcial local en la superficie de
la olla es aumentar la advección del aire,
es decir, aumentar el viento
La velocidad del viento parece afectar
críticamente la dinámica de la evaporación
y los enfriadores Pot-in-Pot reales se usan
mejor en un ambiente ventoso
11
FIGURA 3. Tasa de evaporación del agua en una placa
de Petri (50 cm2) a 75% de humedad relativa.
Tasa
de
evaporación
me
(mg/s)
Velocidad del viento (m/s)

12. II. Modelado
D. Modelo matematico
12
Se parte del balance de energía en coordenadas cilíndricas:
Se llega al siguiente modelo matemático que describe el perfil de temperatura

13. III. Experimentos de
enfriamiento
13

14. III. Experimentos de Enfriamiento
A. Un Botijo
Primer experimento:
• Realizado en una olla de arcilla
• Simulación de botijo
• Líquido enfriado es el mismo que el líquido de
evaporación.
14
Consideraciones:
• Constante corriente de viento
• T0 es constante
• Tasa de evaporación constante

15. III. Experimentos de Enfriamiento
A. Un Botijo
15
Cálculos teóricos:
• El valor de la resistencia térmica efectiva se puede obtener de la temperatura de
equilibrio y la tasa de evaporación:

16. III. Experimentos de Enfriamiento
A. Un Botijo
16
Resultados:
FIG. 5. (a) Evolución con respecto al
tiempo de la masa del líquido de
evaporación
FIG. 5. (b) Evolución con respecto al
tiempo de la temperatura del líquido en
el centro de la olla

17. III. Experimentos de Enfriamiento
B. Pot-in-Pot (modelo)
17
Modelo de enfriador Pot-in-Pot:
• Tubo de ensayo (plástico)
• Cantidad limitada de líquido de evaporación
• Envuelto en toalla de papel
Consideraciones:
• Constante corriente de viento
• T0 es constante
• Tasa de evaporación no constante

18. III. Experimentos de Enfriamiento
B. Pot-in-Pot (modelo)
18
Cálculos teóricos:
donde
Además:

19. III. Experimentos de Enfriamiento
B. Pot-in-Pot (modelo)
19
Resultados:
FIG. 6. (a) Evolución con respecto al
tiempo de la masa del líquido de
evaporación (etanol).
FIG. 6. (b) Evolución con respecto al
tiempo de la temperatura del agua en
el centro del tubo de ensayo.

20. III. Experimentos de Enfriamiento
C. Enfriamiento Continuo
20
Modelo de enfriamiento continuo:
• Tubo de ensayo (plástico)
• Envuelto en toalla de papel
• Suministro continuo de líquido de evaporación
Consideraciones:
• Fuerte corriente de viento
• T0 es constante

21. III. Experimentos de Enfriamiento
C. Enfriamiento Continuo
21
Cálculos teóricos:
donde
Con el conocimiento de las constantes en la ecuación, es posible calcular el
tiempo que tardará toda el agua en congelarse

22. III. Experimentos de Enfriamiento
C. Enfriamiento Continuo
22
Resultados:
FIG. 7. (a) Evolución con respecto al tiempo de
la temperatura del agua.

23. Conclusión
23
Este artículo muestra que el balance complejo entre el enfriamiento evaporativo y
el calentamiento conductivo de un sistema en una corriente de aire asimétrica
puede ser muy bien aproximado con un modelo elemental involucrando pocos
parámetros
Se puede modelar el sistema entero como un objeto solido con el enfriamiento
simplemente derivado de su pequeña pérdida de masa.

24. 24
Gracias por su atención.