Máquinas de climatización

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DOCUMENTACIÓN

200607101

APLICACIÓN DE LAS ENERGÍAS RENOVABLES EN LAS INSTALACIONES TÉRMICAS DE

PISCINAS CUBIERTAS

Dimensionamiento de las instalaciones

***

JUAN CARLOS DURÁN

Director Andalucía de Sedical

Sevilla 3 de noviembre de 2006

13 DeshumidificadorasEl aire

Composición del aireEn la parte baja de la Troposfera, hasta unos 6 km, la composición del aire se mantiene casi invariable siendo una mezcla de aire seco, vapor de agua y elementos en suspensión (polvo, humos, bacterias, etc.)

Aire secoEl aire seco es una mezcla de diversos gases con la composición normalizada (DTIE 3.01) siguiente:

Aire húmedoComposición: Aire seco + vapor de agua.

Composición del Aire Seco AtmosféricoSustancia % en volumen Sustancia % en volumenNitrógeno 78,084 Neón 0,001818

Oxigeno 20,9476 Helio 0,000524

Argón 0,934 Anhídrido sulfuroso 0,000208

Anhídrido carbónico 0,0314 Metano 0,0002

Hidrógeno 0,00005 Xenón, Kriptón y otros 0,0002

DTIE: Documentos Técnicos de Instalaciones en la Edificación

23 DeshumidificadorasAire húmedo

Aire húmedo

Ejemplo:Aire a 22 °C/60% Hr

a nivel del marcontiene 9,9 g/kg as

OxígenoO2

Gasesnobles

NitrógenoN2

Aire seco

Misma proporción de sus constituyentes básicos

Vapor de aguaAporte variable f (ΔPv)

33

Zona

de

DeshumidificadorasCondiciones del aire húmedo

Diagrama psicrométrico

Aire hú

medoZo

na de

aire

sobr

esatu

rado Φ

(100

%)

Φ(%

)

h (kJ/kg as)

W (g/kg as)

Tr ve (m³/kg as)Ts

0 m sobre el nivel del marPresión barométrica: 101,32 kPa

Temperatura seca Th

g de

agu

a / k

g de

aire

sec

o

Cor

recc

ión

de e

ntal

pía

Curva de sa

turación

Humedad relativa %

Con

teni

do d

e hu

med

ad

12 Definiciones

• Temperatura seca (Ts): Temperatura que registra un termómetro ordinario (°C BS)

• Temperatura húmeda (Th): La temperatura que indica un termómetro cuyo bulbo está cubierto por una mecha húmeda y expuesto a una corriente rápida de aire.(°C BH)

• Temperatura de rocío (Tr): La temperatura a la cual empieza la condensación de humedad cuando el aire se enfría.

• Entalpía (h): Cantidad de calor contenida en el aire, contada a partir de los0 °C (kJ/kg as; kcal/kg as)

• Corrección de entalpía (Δh): Cualquiera que sea la temperatura considerada, la entalpía arriba mencionada se da en saturación. Para el aire no saturado, se tendráque corregir utilizando la línea de corrección de entalpía, en casos en los que sea necesaria una gran precisión. En casos normales de acondicionamiento de aire se puede prescindir de dicha corrección. Igual que la entalpía, viene expresada enkJ/kg as, o kcal/kg as.

• Volumen específico (ve): Los m³ de aire húmedo que corresponden a 1 kilo de aire seco (m³/kg as)

• Kilos de aire seco (kg as): Constituyen la base de todos los cálculos psicrométricos, y permanecen constantes durante todos los procesos. La temperatura seca, húmeda y de rocío y la humedad relativa están relacionadas en forma tal que cuando se conocen dos de ellas se pueden determinar las restantes. Cuando el aire estásaturado las temperaturas seca, húmeda y de rocío, son iguales.

22 Definiciones

• Humedad específica o contenido de humedad (W): Es el número de gramos de vapor de agua por kilo de aire seco (g/kg as).

• Humedad relativa Hr% (Φ): Relación de la presión parcial del vapor de agua contenido en el aire (Pv) y la presión parcial de saturación (Pvs) a la misma temperatura.

Para las temperaturas (0 ÷ 40 °C) que se utilizan en aire acondicionado:

GS: Grado de saturaciónWs: Contenido de humedad en saturaciónTs: Temperatura de bulbo seco

Φ (%) ≈ 100 GS = 100 ( )WWs Ts=cte

Φ (%) = 100 ( )PvPvs Ts=cte

15 Deshumidificadoras. Balance de la deshumidificación

Aporte de agua si la humedad absoluta exterior es superior a la interior

25 °C

27°C / 65% Hr

Daw

25 Deshumidificadoras. Balance energético del agua

Red~10 °C

10°C

Evaporación680 Wh/kg vapor

25 °CDaw

27°C / 65% Hr

~ 770Wh/kgvapor

(1)

(1) El suplemento medio de energía que aportamos es: 770 – (680 + 17,4) ≈ 73 Wh/kg vapor(2) El RITE permite el empleo de energía convencional solamente en piscinas situadas en

locales cubiertos (ITE 10.2.1.1)

Convección

Transmisión

Radiación

Noche Día

Supe

rfic

ieac

rista

lada

(2)

~17,4 Wh/kg vapor Renovación: 2 ÷ 5 % del volumen del vaso al día

35 Deshumidificadoras. Balance energético del aire

Invierno0°C

M

27°C / 65% Hr

25 °CDaw

(1) El RITE permite el empleo de energías convencionales solo para contrarrestar laspérdidas de calor y calentar el caudal mínimo de ventilación (ITE 10.2.1.3)

(1)

José Garrido / Oct 2003


≈ 37°C / 65% Hr

Verano35°C

M

25 °CDaw

Tª ext. < tª int. > 27°C: Ventilación máxima posible


28÷30°C / 65% Hr

Verano40°C

M

25 °CDaw

Superficieacristalada

113 Deshumidificadoras. Consideraciones en el cálculo de las necesidades de deshumidificación

La cantidad de agua a eliminar será igual a la cantidad de agua aportada alaire en las condiciones nominales

Agua aportada al aire...

... del vaso de la piscina, en función de:

La diferencia de presión parcial del vapor de agua en saturación en lasuperficie del agua f (tª agua), y en el ambiente. En el cálculo empírico seutiliza la diferencia del contenido de humedad en la superficie del agua yen el aire ambiente, ambos en las condiciones de trabajo.

La superficie del vaso de la piscina.

La agitación del agua (número de personas y actividad).

La velocidad del aire en la superficie del agua.

Las proyecciones de agua al exterior del vaso

... de las personas (secado, transpiración y respiración).

... del aire exterior de renovación (verano en zonas costeras, húmedas y cálidas).

213 Deshumidificadoras. Consideraciones en el cálculo de las necesidades de deshumidificaciónLa cantidad de agua a eliminar será igual a la cantidad de agua aportada al aire en las condiciones nominales

25 °C

27°C / 65% Hr

313

26 °C

Aire a 27°C / 65% Hr(Pv = 2,31 kPa)

Deshumidificadoras. Consideraciones en el cálculo de las necesidades de deshumidificación en función de la ΔPv entre el aire en la superficie del agua y el aire ambiente

Evaporación = f (ΔPv)

Aire a 25 °C / 100% Hr(Pv = 3,16 kPa)

25°C

25

14,57

21,35

26 27 °C

2,31

3,36

Presión parcial de vaporw (gr/kg as)Pv (kPa)

ΔPv Δw

100%

65%

28

20,08

15,47

3,16

2,45

413 Deshumidificadoras. Consideraciones en el cálculo de las necesidades de deshumidificación en función de la superficiedel vaso de la piscina

S (m²)S (m²)

513 Deshumidificadoras. Consideraciones en el cálculo de las necesidades de deshumidificación en función de la agitacióndel agua (número de personas y actividad)

Máximo: 0,1 a 0,2 personas/m² (10 a 5 m²/persona)Máximo: 0,1 a 0,2 personas/m² (10 a 5 m²/persona)

613

NO

Deshumidificadoras. Consideraciones en el cálculo de las necesidades de deshumidificación en función de la velocidaddel aire

V < 0,12 m/s

ITE 10.2 (Comentarios al RITE)

713 Deshumidificadoras. Consideraciones en el cálculo de las necesidades de deshumidificación en función de las proyecciones de agua al exterior y superficie de playa

Salpicaduras

Zona de playamojada

Zona de playamojada

813 Deshumidificadoras. Consideraciones en el cálculo de las necesidades de deshumidificación en función de las personas (secado, transpiración y respiración)

Secado:• Número de personas en la playa (N): 5% de la superficie de la lámina de agua (Sw)

N = 0,05 x Sw• Superficie media del cuerpo de una persona: 1,7 m² (1,8 para hombres y 1,6

para mujeres)Superficie de secado Sp = 1,7 N = 1,7 x 0,05 x Sw = 0,085 Sw

• Temperatura media cuerpo húmedo: 35 °C

Respiración en reposo(0,1 kg/h persona)

Secado Transpiración

913 Deshumidificadoras. Consideraciones en el cálculo de las necesidades de deshumidificación del aire exterior derenovaciónInfluencia de la temperatura y humedad del aire de renovaciónEl aire exterior de renovación aporta una cierta cantidad de agua que es función de su temperatura y humedad relativa

Aire a 27 °C / 65% Hr ................................ 14,57 g/kg aireAire aprox. 20 °C / 99% Hr ....................... 14,57 g/kg aire

Con temperatura exterior ≤ 20 °C y cualquier humedad relativa, el aire exterior no aumenta la humedad interior.Con aire exterior de renovación a una temperatura > 20 °C, podemos aumentar o reducir la humedad interior en función de la humedad relativa del aire exterior.

ResumenInvierno (aire exterior ≤ 20 °C)El aire de renovación favorece la deshumidificación

Verano (aire exterior > 20 °C)El aire de renovación favorece o perjudica la deshumidificación en función de su temperatura y Hr %

Todos los datos anteriores están dados para las condiciones nominales interiores, esto es:• Aire ambiente interior: 27 °C / 65% Hr• Instalación a nivel del mar

1013 Deshumidificadoras. Consideraciones en el cálculo de las necesidades de deshumidificaciónInfluencia de la temperatura y humedad del aire de renovación

PsicrométricoPresión barométrica: 101,32 kPa0 m sobre el nivel del mar


Ejemplo: Piscina en ValenciaCondiciones exteriores de proyectoAire exterior de renovación

Temperatura seca: 32 °CHumedad relativa: 68%Entalpía: 84,7 kJ/kg a.s.Cont. de humedad: 20,52 g/kg a.s.Temp. húmeda: 27 °CTemp. de rocío: 25,4 °CVolumen específico: 0,893 m³/kg a.s.Densidad del aire: 1,143 kg/m³

20, 52

14,57

-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

2

4

6

8

10

12

16

18

22

-10 -50

510

1520

2530

3540

4550

5560

6570

7580

85

Temperatura seca °C

100Humedad relativa %

90 80 60 50 4070

EntalpiakJ / kg deaire seco

24

Con

teni

do d

e hu

med

ad g

de

agua

/ kg

de

aire

sec

o

Presión barométrica: 101,32 kPa0 m sobre el nivel del mar

Psicrométrico

Aire exteriorAire exterior

Aireinterior

1213 Deshumidificadoras. Consideraciones en el cálculo de las necesidades de deshumidificaciónInfluencia de la temperatura y humedad del aire de renovaciónEjemplo: Piscina en Valencia

Dimensiones: 25 x 12 = 300 m²Ocupación máx.: 60 personasAire exterior de renovación: 2.160 m³/hCondiciones interiores: Aire: 27 °C / 65% Hr, Wint = 14,57 g/kg as

Agua: 25 °CEvaporación máx. interior: 69 kg/hSin otra consideración, la Daw se seleccionará para: 69 kg/h

Condiciones exteriores de proyecto para Valencia en veranoAire exterior: 32 °C / 68% Hr

Wext = 20,52 g/kg asve = 0,893 m³/kg as

Humectación con el aire de renovación

2.160 m³/h x (20,52 - 14,57) g/kg as

0,893 m³/kg as= 14.391,9 g/h = ~14,4 kg/h

En este ejemplo, la capacidad de deshumectación hay que aumentarla un 20,8%(69 + 14,4 = 83,4 kg/h) si mantenemos las condiciones del aire interior a 27 °C / 65% Hr


En la práctica, dejando subir la temperatura del aire interior, por ejemplo a 28 °C manteniendo el 65% Hr (Wint = 15,47 g/kg as) tenemos:

• La ΔPv se reduce, por tanto, disminuye la evaporación máxima interior a 57 kg/h(en este ejemplo).

• La Δw entre el aire exterior e interior se reduce:

Δw = Wext – Wint = 20,52 – 15,47 = 5,05 g/kg as

Humectación exterior = = 12.215 g/h = 12,2 kg/h

• La capacidad de deshumectación de la Daw aumenta ligeramente (~2%)

Necesidad de deshumectación: 57 + 12,2 = 69,2 kg/h

ConclusiónEn este ejemplo, si dejamos que la tª interior en verano suba a 28 °C manteniendo la misma humedad relativa (65%) no es necesario aumentar la capacidad de deshumectaciónde la máquina, que será 69 + 2% = 70,4 kg/h.

En la práctica en verano, si se climatiza el ambiente se trabaja a una tª como mínimo de uno o dos grados superior a la de invierno.

2.160 x 5,050,893

PARÁMETROS A CONTROLAR EN UNA PISCINA

- Temperatura del aire - Humedad relativa del aire - Temperatura del agua

TEMPERATURA DEL AIRE ¿Qué influye para que ésta suba o baje?

- La temperatura exterior, fundamentalmente - La transferencia con el agua del vaso por convección - Las ganancias solares, por ocupación, luces…

HUMEDAD RELATIVA DEL AIRE ¿Qué influye para que ésta suba o baje?

- Sobre todo, la evaporación del agua del vaso de piscina - Las aportaciones por evaporación y sudoración de ocupantes - La humedad del aire exterior

TEMPERATURA DEL AGUA ¿Qué influye para que ésta suba o baje?

- Las pérdidas por evaporación - Las pérdidas o ganancias por convección - Las pérdidas por renovación de agua - Las pérdidas por conducción a muros

CONCLUSIONES

NO HAY MEJOR ENERGÍA QUE LA QUE NO SE CONSUME ¿Cómo se consiguen ahorros energéticos importantes?:

Con una manta térmica: • Una piscina con gente nadando evapora alrededor de 0,25

kg de agua/h/m2, y sin gente sigue evaporando algo menos de la mitad, unos 0,10. O sea, o se cubre la lámina de agua con manta o no se puede parar la instalación de deshumectación NUNCA.

Con cerramientos bien aislados: • Temperatura ambiente de entre 26 y 28 ºC, y largos

períodos de funcionamiento. Con recuperadores de energía para el aire exterior

• Por las 2 mismas razones del punto anterior. Con una instalación de control que permita:

• Implementar horarios de períodos de uso y de no ocupación.

• Ajustar la renovación de aire exterior al nivel de ocupación y de humedad interior.

• Conectar equipos sólo cuando son necesarios.

Empleo de energías renovables

Consideraciones sobre energía solar del CTE. Estas instalaciones se pueden resolver con calor (BIOMASA) y

aire exterior.

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