En el eje horizontal podemos leer la Temperatura de Bulbo Seco (TBS) y en el vertical la Humedad Absoluta (HA). La TBS es la lectura que nos da el termmetro en un momento dado, mientras que la HA es la relacin msica (g/kg) de humedad y aire en el ambiente. La carta psicromtrica est acotada del lado izquierdo por la curva de saturacin. Esta lnea nos indica que el aire ya no puede absorber ms humedad. Este fenmeno es posible que ocurra a distintas temperaturas, dependiendo del contenido de humedad en el aire. Por la misma causa, la curva de saturacin representa 100 por ciento de humedad relativa. Conforme nos vamos alejando de ella hacia el lado derecho, hay curvas de distintos porcentajes de saturacin, conocidos tambin como Humedad Relativa (HR). La HR se describe como la relacin volumtrica de la cantidad de humedad que hay en el aire, entre la cantidad mxima que ste puede absorber.

Al disear un sistema, normalmente se asume que la HA permanece constante durante el da; por lo tanto, la HR vara conforme cambia la TBS. En la curva de saturacin se pueden leer los siguientes parmetros: Punto de Roco (DP). Temperatura a la que se condensa la humedad al enfriar el aire sin agregar humedad. Temperatura de Bulbo Hmedo (TBH). Temperatura en la que el agua se evapora cuando se somete una superficie hmeda a un flujo de aire.

La TBH es la temperatura ms baja que se puede conseguir con el enfriamiento evaporativo. La diferencia entre la TBS y la TBH representa el potencial de enfriamiento. Qu tanto se logre ese potencial est determinado por la eficiencia de enfriamiento (n). La TBH es menor cuanto menor es la HA, siendo el enfriamiento evaporativo una opcin muy favorable en climas secos o en zonas elevadas por encima de 1 mil msnm. Al llevar a cabo el enfriamiento evaporativo, estamos realmente agregando humedad al aire. La HA a la salida de la media humectante va a ser mayor que en la entrada y nos acercar a la saturacin. La diferencia con la refrigeracin mecnica es que esta ltima no agrega humedad; ms bien, puede deshumidificar cuando se sub-enfra. En s, el enfriamiento evaporativo es el enfriamiento natural del aire cuando se somete a una superficie hmeda; es tambin conocido como enfriamiento adiabtico y representa la forma ms econmica de obtener aire fresco. Hay que considerar que conforme se enfra, se va incrementando el contenido de humedad en el aire.

Un mdulo tpico de enfriamiento evaporativo consta de una media humectante (panel), una bomba de recirculacin de agua, tuberas de distribucin de agua sobre el panel y un tanque con flotador o sistema de nivel de agua. Las aplicaciones van desde el confort residencial hasta uso industrial o agropecuario.

Aqu lo importante es que la TBH y la HR cambian constantemente durante el da. A mayor temperatura, la HR tiende a ser mayor; por lo tanto, se incrementa el potencial de enfriamiento.

Ventajas y limitaciones del enfriamiento evaporativo

Qu se obtiene Aire fresco Temperaturas cercanas BH Muy bajo consumo de energa Incremento de humedad

Qu no se obtiene Aire muy fro (congelacin) Temperaturas abajo del BH Desempeo de un equipo de A/C Saturacin de humedad

Para obtener el mximo beneficio del enfriamiento evaporativo, hay que tomar en cuenta tres factores:

Grfica 1. Velocidad de aire (m/s)

1. Temperatura efectiva2. Eficiencia de enfriamiento (n)3. Medios de enfriamiento

La temperatura efectiva es la sensacin trmica que tenemos al someternos a una corriente de aire. Si la temperatura del aire est a 30 C, pero estamos expuestos a un viento de 3 m/s, la sensacin trmica real es como si estuviramos estticos a 22 C (ver grfica 1).

En otras palabras, si se quisiera obtener una sensacin trmica de 22 C, se debera bajar la temperatura a 30 C y tener una corriente de aire a velocidad de 3 m/s. Esto abre muchas posibilidades de aplicacin si se considera que prcticamente en cualquier punto del pas se pueden obtener 30 C con enfriamiento evaporativo.

La eficiencia de enfriamiento (n) es el porcentaje de acercamiento entre TBS y TBH, a travs de la media humectante. La n es determinada por el rea de paso y el tiempo de contacto entre el aire y la media humectante. Mayor eficiencia de enfriamiento tambin nos acerca a la saturacin de la humedad. Los medios de enfriamiento ms comerciales son la fibra de madera o paja, nebulizacin y panel de enfriamiento.

La fibra de madera es econmica, pero posee una corta vida til, baja velocidad y es poco efectiva para aplicaciones industriales (su eficiencia es de 70 a 80 por ciento).

La nebulizacin es de alta velocidad y eficiencia, adems de tener una prolongada vida til. Por otro lado, implica una costosa instalacin y requiere de una bomba de alta presin (su eficiencia es de 85 a 97 por ciento).

El panel de enfriamiento es de alta velocidad, baja presin y larga vida til; sin embargo, es sensible a la calidad del agua (su eficiencia es de 70 a 90 por ciento; con aplicaciones de hasta 96 por ciento).

En aplicaciones agropecuarias y si se utiliza como intercambiador de calor o como pre-enfriador, el enfriamiento evaporativo puede ser una opcin muy viable en prcticamente todo el pas. Para aplicaciones de confort residencial, es una opcin viable en el altiplano, y su uso en confort industrial se puede extender hacia las tres principales ciudades, dependiendo de la ventilacin que se maneje.

La Temperatura de Salida (TBS) se puede calcular de la siguiente manera:

Grfica 2. Temperatura de salida

Parmetro

Valor

Caudal

8,000 CFM

13,600 m3/h

TBSe

36C

TBH

24C

TBSs

25C

HRs

91%

Volume Esp

1.085 m3/kga

Densidad Aire

0.92 kga/m3

Caudal (m)

12,535 kga/h

H Absoluta e

0.01805 kgw/kga

H Absoluta s

0.02261 kgw/kga

Diferencia

0.00456 kgw/kga

Evaporacin

57 kgw/h

Tabla 1.

Si se considera, por ejemplo, en Guadalajara una condicin de diseo de TBS de 36 y TBH de 24 C, la TBS sera de 25.2 C. La forma correcta de calcular la evaporacin es tomando en cuenta los datos directamente de la carta psicromtrica ajustada a la altura sobre el nivel del mar del sitio. Si se sigue el ejemplo de Guadalajara, la evaporacin a las condiciones de diseo sera(ver tabla 1):

Se puede simplificar el clculo con la siguiente frmula:

E=1.2 x Q x (TBSe TBSs)x Fp..10,000

DondeE = Evaporacin (Galones / Hora)Q = Caudal de aire (CFM)TBSe = Temp. Bulbo Seco a la Entrada (F)TBSs = Temp. Bulbo Seco a la Salida (F)Fp = Factor de ajuste de presin

Margen de error de + / 10%

Fp =Presin atmosfrica local..Presin atmosfrica a nivel del mar

Si se reemplazan estos valores, se obtiene un resultado de 59.4 l/h, menos de 5% de diferencia que con el clculo en carta psicromtrica. Si se supone que el enfriador evaporativo del ejemplo en Guadalajara operar a partir de las 11:00 y se apagar a las 22:00 horas, el clculo de la evaporacin no se puede hacer linear, ya que la TBS cambia constantemente y por lo tanto los valores de TBH. Es decir, a un 90% de eficiencia, la temperatura durante el da se vera de esta manera en una grfica(ver grfica 3).

Debido a que la evaporacin de agua vara en proporcin directa a la TBS, la evaporacin durante el da tendra diferentes comportamientos(ver grfica 4).

La evaporacin, bajo estas condiciones, sera de 520 litros en 11 horas de operacin.

Parmetros:

Refrigeracin (A/C)

Enfriamiento evaporativo

Requerimiento de energa

150 Tons.

250,000 CFM

Inversin en equipo (aprox.)

US$ 135,000

US$ 70,000

Inversin en instalacin (aprox.)

US$ 90,000

US$ 50,000

Consumo promedio

150 kW/h (EER13)

50 kW/h

Temperaturas promedio (Exterior 36C y 40% HR)

22-24C

25-28Cpasar

Tabla 2

Si se toma como caso de estudio un edificio de 3 mil 500 m2, con una carga trmica de 150 toneladas, haciendo la comparativa de utilizar A/C con expansin directa y enfriamiento evaporativo, el resultado sera el siguiente(ver tabla 2).

Es evidente que el aire acondicionado ofrece condiciones de confort ms favorables, pero con el doble de inversin y con un consumo de energa tres veces ms alto, en el mejor de los casos. La forma tradicional de instalar un equipo industrial es a travs de ductos en el interior del edificio.

Los equipos puntuales hechos de polmero permiten llevar el aire a donde se requiere, aprovechando ms el efecto trmico (wind chill) y reduciendo sustancialmente los costos en estructura y ductos. Al ser de polmero, estos equipos son muy ligeros para maniobrar e instalar.

Cuentan con ventilador axial de transmisin directa que les permite obtener altos volmenes de aire con motores relativamente pequeos:

Para 8 mil CFM de descarga libre, motor de 1.5 HP Para 16 mil 500 CFM de descarga libre, motor de 4.0 HP

A pesar del motor axial, su desempeo a cadas de presin inferiores a 1.0 de C.A. es prcticamente igual que uno de la misma capacidad en motor centrfugo.(ver grfica 5).

Estos equipos se suministran con accesorios para su fcil instalacin:

Llave de paso Pre-filtro de agua Manguera flexible Brida de conexin a ducto

El sistema est equipado con panel de celulosa de alta densidad, que proporciona ms de 85 por ciento de eficiencia en 4 de espesor. Tambin cuenta con control y circuitos electrnicos para secuencias de arranque, drenado automtico, proteccin de bomba e indicacin de nivel de agua.

Tecnologa de enfriamiento evaporativo indirecto (free cooling)El enfriamiento evaporativo indirecto enfra el aire sin aadir humedad. Mediante el uso de un intercambiador de calor de flujo cruzado, resistente a la corrosin y hecho de polmero, el agua nunca entra en contacto con el aire que se suministra al cuarto. Usar el enfriamiento evaporativo indirecto como primera etapa de enfriamiento del aire exterior reduce sustancialmente los costos de energa.

En un da tpico de verano, el enfriamiento evaporativo indirecto por s solo puede bajar la temperatura del aire que entra en unos 16 C o menos. La segunda etapa de enfriamiento es manejada por un aire acondicionado convencional. El uso de un sistema de enfriamiento evaporativo indirecto, en conjunto con un sistema mecnico de aire acondicionado, compensa la carga de refrigeracin y disminuye significativamente el consumo de energa durante las condiciones pico de diseo. Este mismo intercambiador puede recuperar 50 por ciento del calor extrado del cuarto en los meses de invierno.

Otro rasgo importante es que el aire exterior que se usa para pre-enfriar el aire del cuarto se usa tambin para hacerlo pasar a travs del serpentn condensador del sistema de refrigeracin mecnica, el cual entra hasta un 20 por ciento ms fresco, obteniendo una mejor eficiencia en el sistema.