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Equa ion Chap e 1 Sec ion 1
T abajo Fin de Más e
Más e o icial en Sis emas de Ene gía Té mica
Re ige ación sola con desecan es. Análisis de
sis emas y simulación con EES
Au o : Pablo Ga cía Piosa
Tu o : José Gue a Macho
Dep. Ingenie ía Ene gé ica
Escuela Técnica Supe io de Ingenie ía
Uni e sidad de Se illa
Se illa, 2017
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3
T abajo Fin de Más e
Más e O icial en Sis emas de Ene gía Té mica
Re ige ación sola con desecan es. Análisis de
sis emas y simulación con EES
Au o :
Pablo Ga cía Piosa
Tu o :
José Gue a Macho
Ca ed á ico de Uni e sidad
Dep. de Ingenie ía Ene gé ica
Escuela Técnica Supe io de Ingenie ía
Uni e sidad de Se illa
Se illa, 2017
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T abajo Fin de Más e : Re ige ación sola con desecan es. Análisis de sis emas y simulación con
EES
Au o :
Pablo Ga cía Piosa
Tu o :
José Gue a Macho
El ibunal nomb ado pa a juzga el P oyec o a iba indicado, compues o po los siguien es
miemb os:
P esiden e:
Vocales:
Sec e a io:
Acue dan o o ga le la cali icación de:
Se illa, 2017
El Sec e a io del T ibunal
6
A mi amilia
A mis maes os
A mí
7
Ag adecimien os
A odos los p o eso es que a lo la go de mi ida han apo ado su g ani o de a ena pa a culmina es a
mon aña, a los amigos que han ido acompañándome en es e camino y, sob e odo, a mi amilia, con
la que sin su ayuda nada de es o hubie a sido posible.
Pablo Ga cía Piosa
Uni e sidad de Se illa
Se illa, 2017
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RESUMEN
El obje i o del p esen e documen o es analiza los sis emas de e ige ación e apo a i os con
ecnología desecan e. Se ha ealizado un esumen del es ado del a e de la ecnología y una e isión
de las di e en es con igu aciones que pueden emplea se. Finalmen e, se ha desa ollado una
simulación de un sis ema en un so wa e especializado con el in de cuan i ica el po encial de es a
ecnología como una al e na i a a los sis emas de e ige ación con encionales
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ABSTRACT
The aim o his documen is analize he di e en desiccan based e apo a i e cooling sys ems,
conside ing echnological and economical poin s o iew. A s a e o a was conside ed including he
di e en con igu a ions o his echnology. A he end, a simula ion was ealized, in o de o
demons a e he use and applica ion o his echnology as a eal al e na i e o he con en ional
cooling sys ems
Re ige ación sola con desecan es. Análisis de sis emas y simulación con EES
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consumidas en una mayo p opo ción compa adas con las uen es de ene gía eno ables, como la
ene gía sola , eólica, geo é mica, biomasa o la gene ación hid oeléc ica (Figu a 1). La quema de
es e ipo de combus ibles no solo supone un ago amien o ápido de las uen es de ene gía p ima ia,
ambién es la p incipal causa de las g andes emisiones de CO2, las cuales es án inc emen ándose
anualmen e, p incipalmen e en países en ías de desa ollo. El inc emen o de la emisión de dióxido
de ca bono y o os gases que con ibuyen al e ec o in e nade o son las causas de los dis in os
dis u bios climá icos, ya que inc emen an la empe a u a global. En cuan o a la demanda de eléc ica
y uen es de ene gía p ima ia que concie nen en es e p oyec o, nos cen a emos en pa icula en
nues o campo de aplicación, la demanda de calen amien o, en ilación y acondicionamien o de ai e
(HVAC). A ni el mundial, la demanda de HVAC es á es imada que su a un c ecimien o que onda
el 6,2% anual (Figu a 2).
Figu a 2: Demanda mundial de HVAC
El uso de uen es de ene gía eno ables en e a las uen es de ene gía p ima ias ha sido echazado
en innume ables ocasiones en el pasado. Es en la ac ualidad donde empieza a gana a ención debido
a una mayo acep ación en el ámbi o come cial, unos p ecios más compe i i os, simplicidad
ope acional, man enimien o sencillo y, sob e odo, el espe o al medioambien e.
En el campo de la edi icación (lo que concie ne a HVAC), la mayo pa e de la ene gía p ima ia
consumida es pa a supli las demandas de e ige ación y cale acción. Po lo an o, a in de educi
las emisiones de dióxido de ca bono y lo o-clo o-ca bonos al medioambien e, se necesi an sis emas
de e ige ación al e na i os a los con encionales que puedan hace uso de las ene gías eno ables.
Pa a e i a es e despil a o de ene gía p ima ia y emisiones de gases pe judiciales, se p opone como
buena al e na i a un sis ema de e ige ación basada en un en iamien o e apo a i o, el cual u iliza
el en iamien o na u al pa a consegui e ige a el edi icio, lo cual es más económica y espe uosa
Re ige ación sola con desecan es. Análisis de sis emas y simulación con EES
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con el medio ambien e. Además, es e sis ema puede es a impulsado con ene gía é mica sola ,
g a ui a y limpia.
En é minos his ó icos, la écnica de e ige ación e apo a i a no es nue a, ya que los p ime os
indicios de su u ilización da an en o no al año 2500 an es de C is o, cuando en el an iguo Egip o se
u ilizaban ja ones de a cilla po osa con agua en su in e io pa a e ige a el ai e.
Simila es mecanismos pa a p oduci e ec o e ige an e en la edi icación ambién se u iliza on en
piscinas, es anques de agua, ollas po osas o en pequeños canales de agua. Los e ige ado es
e apo a i os mode nos comenza on a apa ece po p ime a ez en USA, en las egiones de A izona
y Cali o nia, donde los espacios esidenciales y come ciales ue on equipados con e ige ado es de
ai e po go eo de agua en los años 30.
1.3 P ocesos psicomé icos elemen ales
Como se ha mencionado p e iamen e, una buena al e na i a al sis ema mecánico de comp esión de
apo es el sis ema de e ige ación e apo a i o, el cual acondiciona el ai e, con un meno
eque imien o de po encia (p ác icamen e un cua o de la eque ida pa a el sis ema de comp esión
mecánica).
Figu a 3: Diag ama hig omé ico
Es a al e na i a aho a ene gía, es económica, simple y espe uosa con el medio ambien e, además
de elimina el lujo de eci culación y la p oli e ación de bac e ias, p oblemas ípicos en la
e ige ación adicional. Debido a es as ca ac e ís icas, la e ige ación e apo a i a es más e icien e
en aquellos luga es donde el clima es calien e y seco, aunque ambién puede emplea se bajo o as
Re ige ación sola con desecan es. Análisis de sis emas y simulación con EES
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condiciones. Muchos in es igado es han seleccionado di e en es ipos de e ige ado es
e apo a i os di ec os, indi ec os o modi icados:
E apo ación indi ec a: El sis ema de e apo ación indi ec o (IEC) [2] u iliza un en iamien o
sensible del ai e de p oceso u ilizando una co ien e de ai e de e ige ación. Ambas co ien es nunca
en an en con ac o o se mezclan. El uncionamien o es sencillo, la co ien e de ai e de p oceso pasa a
a és de un in e cambiado de calo ai e/ai e, u ilizando la co ien e húmeda de e ige ación como
sumide o de calo . (Figu a 3)
Figu a 4: Con igu ación clásica IEC
Usualmen e, el in e cambiado u ilizado es de ipo pla o (PHE). El en iamien o e apo a i o de la
co ien e húmeda iene luga en el in e io de dicho PHE, a a és de los denominados conduc os
húmedos; as es e p oceso, el ai e húmedo es e ido en la a mos e a. La co ien e de ai e húmedo
puede se ex aída o bien como ai e exhaus o del in e io de la habi ación o bien como ai e ex e io .
Es e sis ema indi ec o es adecuado pa a climas emplados y secos (Los sis emas de e apo ación
indi ec os no deben se u ilizados cuando la empe a u a de bulbo húmedo supe a los 25 ºC). Pa a
es as condiciones y desde el pun o de is a de las condiciones de con o , el sis ema indi ec o (IEC)
es supe io al sis ema di ec o (DEC), debido a que en la con igu ación IEC (Figu a 4) se educe la
empe a u a del ai e del p oceso sin inc emen a el con enido en humedad al con a io de lo que se
hace en un sis ema DEC, donde el ai e es humedecido a una empe a u a de bulbo húmedo cons an e
pa a educi la empe a u a de bulbo seco, de mane a que las condiciones ob enidas en el in e io del
ecin o con el sis ema IEC end án una meno humedad ela i a que en el sis ema DEC.
En é minos del in e cambiado y sus di e en es con igu aciones, es os PHE suelen es a compues os
po pla os de plás ico, Pescod (Pescod, 1968) implemen o en un IEC de en ana un modelo de PHE
u ilizando láminas de plás ico moldeado con ilas de p o usiones escalonadas. Po o a pa e, Yello
y Game o ilus an los di e en es ipos de IEC. Algunos de es os sis emas IEC u ilizan
Re ige ación sola con desecan es. Análisis de sis emas y simulación con EES
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in e cambiado es de ai e/agua calien e mien as que en o os se u ilizan in e cambiado es de pla o
ai e/ai e. El p ime g upo u iliza agua de e ige ación en una o e con encional o en una o e de
e ige ación pul e izada. El segundo g upo u iliza los in e cambiado es de pla o húmedo (Figu a 5)
en modo de ci culación de lujo pa alelo, con aco ien e o c uzado. Finalmen e, es el ul imo el más
e icien e y adecuado pa a su p oducción come cial.
Figu a 5: In e cambiado pla o húmedo
Figu a 6: Sis ema e apo a i o di ec o (DEC)
E apo ación di ec a: Un sis ema e apo a i o di ec o [3] es aquel que pa a disminui la empe a u a
del ai e emplea agua apo izada, aumen ando el con enido en humedad, median e un p oceso
é mico de sa u ación adiabá ica. La p incipal ca ac e ís ica de es e p oceso es el inc emen o de su
e iciencia cuando las empe a u as aumen an, lo que signi ica que se necesi a una mayo capacidad
de e ige ación pa a consegui el con o é mico. (Figu a 6). Además, iene el a ac i o adicional de
un consumo de ene gía bajo y un man enimien o sencillo. El p incipio que subyace a los sis emas de
e ige ación di ec os es la con e sión del calo sensible a calo la en e. Ai e no sa u ado es en iado
Re ige ación sola con desecan es. Análisis de sis emas y simulación con EES
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po un inc emen o de la ans e encia de calo y masa debido al mo imien o del mismo a a és de
una amplia supe icie de agua líquida e apo ándose po el mo imien o de soplan es y en ilado es.
Pa e del calo sensible del ai e es ans e ido al agua con i iéndose en calo la en e po e apo ación
pa cial de la misma. El calo la en e con inúa en el apo de agua y se di unde en el in e io del ai e.
En el esquema de la Figu a 6, el agua es á con inuamen e en mo imien o en un bucle ce ado donde
el agua apo ada al sumide o pa a emplaza la acción e apo ada debe es a en la misma
empe a u a de sa u ación que el agua de en ada. En el DEC, la ans e encia de masa y ene gía
en e la co ien e de ai e y la de agua causa que la empe a u a de bulbo seco del ai e (DBT) se
eduzca aumen ando su humedad, man eniendo cons an e la en alpia (en iamien o adiabá ico) en un
p oceso ideal. La mínima empe a u a que puede alcanza se es la conocida como empe a u a
e modinámica de bulbo húmedo (TWBT) del ai e de en ada. La e ec i idad de es e sis ema se
de ine como la elación en e el descenso eal de la empe a u a de bulbo seco y el descenso eó ico
que pod ía da se si la e ige ación ue a 100% e icien e y el ai e de salida es u ie a sa u ado.
Tabla 1-1: Relación de pa áme os pa a la ca ac e ización de módulos básicos
Inpu s
Pa áme os
Ou pu s
Tº Ex e io
E ec i idad componen es del AHU
Volumen del ai e apo ado
Humedad ela i a en el ex e io
Caída p esión en los en ilado es
Modo de ope ación
Ca gas la en e y sensible
Consumo de ene gía p ima ia y é mico
Tempe a u a del ai e apo ado
Humedad de la zona
Tempe a u a del ai e de la zona
Ene gía sola u ilizada
En el diag ama de lujo (Figu a 7) se ecogen los di e en es módulos básicos de ope ación de
cualquie sis ema de e ige ación desecan e e apo a i a en unción a las condiciones de cua o
alo es p incipales:
T0: Tempe a u a del ai e en el ex e io
Ts: Tempe a u a del ai e apo ado a la zona a acondiciona
W0: Humedad del ai e ex e io
Ws: Humedad del ai e apo ado a la zona
En la Tabla 1-1 se ecogen los pa áme os y ou pu s en unción del inpu o pa áme o básico de
simulación de nues o sis ema. La Tabla 1-2 ecoge a modo de esumen las di e en es
con igu aciones básicas y los elemen os que la componen
Re ige ación sola con desecan es. Análisis de sis emas y simulación con EES
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El modelo conside a es pa áme os de con ol pa a ajus a el compo amien o del AHU a la
demanda:
El lujo de ai e apo ado a la zona
La e ec i idad del in e cambiado de calo
E iciencia de la e apo ación
Tabla 1-2: Con igu aciones básicas
Modos de ope ación
Rueda
Ba e ía en
Ba e ía cal.
E apo a i o
0
En iamien o lib e
1
Re ige ación e apo a i a
X
2
Calen amien o
X
3
En iamien o sensible
X
4
Calen amien o + humidi icación
X
X
5
En iamien o sensible + en iamien o e apo a i o
X
X
6
Desecan e
X
7
Desecan e + En iamien o sensible
X
X
8
Desecan e + e ige ación e apo a i a
X
X
9
Desecan e + en iamien o sensible+ e ige ación e apo a i a
X
X
X
10
Bobina de e ige ación
X
El p oceso empleado se aco a a las siguien es conside aciones:
1. La empe a u a de la zona acondicionada se ija en 22ºC en in ie no y 26ª en e ano. En la
ca ga de e ige ación, el calo sensible se elimina en p ime a ins ancia po el suelo. Si el
suelo no ue a capaz de emo e oda la ca ga, el AHU elimina ía el es o (Qs). Pa a la
ca ga de cale acción, el suelo siemp e sa is ace la demanda y el AHU solo apo a el ai e
jus o pa a la en ilación.
2. El AHU iene una apo ación a iable de ai e pa a educi el consumo eléc ico de los
en ilado es. Pa a cada ins an e de iempo (no malmen e 1h), el lujo másico apo ado es
calculado con un balance sensible en la zona acondicionada. Pa a conoce la empe a u a
del ai e a apo a , ecu imos a la ecuación (1-1)
Re ige ación sola con desecan es. Análisis de sis emas y simulación con EES
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3. Pa a cada modo de ope ación, el modelo e alua á el consumo de ene gía p ima ia y decidi á
el mejo de ellos. Una ez que el modelo haya sido seleccionado, la empe a u a, humedad y
el lujo de calo en cada componen e del AHU se á conocido.
𝑚= 𝑄𝑠
𝐶𝑝(𝑇𝑧−𝑇𝑠)
(1-1)
4. Módulos básicos de uncionamien o: Los modelos usan los siguien es da os pa a cada
ins an e de iempo: Re ige ación o en iamien o, condiciones ex e io es ( empe a u a seca y
humedad) y condiciones de se poin ( empe a u a seca y ango de humedades). La
empe a u a de se poin es de 21ºC en in ie no y 26ºC en e ano. La humedad ela i a
pe mi ida se mue e en e los angos del 45 – 60%
Figu a 7: Diag ama lógico módulos básicos
Con igu ación 0: Si las condiciones ex e nas son simila es a las eque idas pa a el con o , el
sis ema de con ol del AHU no ac i a a ningún sis ema de en iamien o sensible o e apo a i o.
Ob iamen e, mien as que sea posible, la e ige ación g a ui a se á p io i a ia, pa a elimina la
máxima ca ga sensible (Figu a 8).
Con igu ación 1: Pa a es ablece las condiciones de con o , se modi ica el g ado de humedad
ac i ando la sección e apo a i a. Es a con igu ación es a á limi ada po la empe a u a de sa u ación
y po el po cen aje de humedad ela i a pe mi ida po la ca ga. (Figu a 9)
Con igu ación 2: Se p oduce un calen amien o sensible del lujo de ai e median e la ba e ía de calo
pa a alcanza los eque imien os de con o . El con enido en agua del ai e apo ado es la misma que
la del ai e ex e io . (Figu a 10)
Re ige ación sola con desecan es. Análisis de sis emas y simulación con EES
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Con igu ación 3: Si el ai e ex e io es seco y calien e, se emplea á una bobina de e ige ación que
abaja sin deshumidi icación, p oduciéndose solo la e ige ación sensible. El modelo e alúa la
humedad ela i a de la zona acondicionada ob eniendo como esul ado los má genes den o de los
lími es de con o . (Figu a 11)
Figu a 8: Modo 0 - En iamien o lib e
Figu a 9: Modo 1 - Re ige ación e apo a i a
Figu a 10: Modo 2 – Calen amien o
Figu a 11: Modo 3 - En iamien o sensible
Figu a 12: Modo 4 - Calen amien o +
humidi icación
Figu a 13: Modo 5 - En iamien o sensible +
en iamien o e apo a i o
Con igu ación 4: Es e modo complemen a al modo 2 en si uaciones donde la humedad ela i a de la
zona es muy baja. La sección e apo a i a inc emen a el con enido en agua del lujo de ai e apo ado.
ijando la empe a u a y el con enido de humedad del ai e apo ado a la zona. En el p oceso de
humidi icación, la empe a u a de bulbo húmedo es cons an e. (Figu a 12)
Con igu ación 5: Simila al modo de ope ación 4, complemen a al modo 3 en si uaciones donde el
ai e apo ado iene un bajo con enido en agua. T as la bobina de e ige ación (en iamien o
sensible), la sección e apo a i a inc emen a el con enido en agua del ai e apo ado, disminuyendo su
empe a u a y alcanzándose las condiciones de con o . (Figu a 13)
Re ige ación sola con desecan es. Análisis de sis emas y simulación con EES
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Con igu ación 6: El modo de ope ación más simple que incluye la ac uación del sis ema desecan e.
La ueda es ac i ada jun o al in e cambiado de calo o a i o. Es as dos secciones son su icien es
pa a alcanza las condiciones de con o . (Figu a 14)
Con igu ación 7: La bobina de e ige ación comple a el en iamien o sensible del in e cambiado
de calo o a i o, alcanzándose las condiciones de con o . (Figu a 15)
Figu a 14: Modo 6 – Desecan e
Figu a 15: Modo 7 - Desecan e + en iamien o
sensible
Figu a 16: Modo 8 – Desecan e + e ige ación
e apo a i a
Figu a 17: Modo 9 – Desecan e + en iamien o
sensible + e ige ación e apo a i a
Figu a 18: Modo 10 – Ba e ía de e ige ación
Con igu ación 8: Cuando se necesi a de una e ige ación suplemen a ia en el modo 6, ac i amos la
sección e apo a i a, ijando el con enido en agua del ai e apo ado y man eniendo la humedad
ela i a de la zona den o de los lími es de con o . (Figu a 16)
Con igu ación 9: Muy simila al modo 8, pe o en es e caso, la bobina de e ige ación con ibuye al
en iamien o sensible del ai e as su paso po el in e cambiado de calo o a i o. (Figu a 17)
Con igu ación 10: El modo de ope ación más usual en empo ada es i al. La bobina de
e ige ación en ía y deshumidi ica el ai e de salida ex e io has a alcanza las condiciones
Re ige ación sola con desecan es. Análisis de sis emas y simulación con EES
25
eque idas. (Figu a 18)
1.4 Desc ipción de un sis ema básico de e ige ación po desecan es
Con el in de suminis a las condiciones de con o humano en un sis ema HVAC, la écnica de
e ige ación debe con empla un con ol an o de la capacidad sensible de en iamien o (con ol de
empe a u a) así como en la capacidad la en e (con ol de la humedad), es a úl ima con especial
hincapié en climas cálidos y húmedos (Figu a 19) [1]. El ango de ope a i idad que suminis a las
condiciones básicas de con o que oma emos de e e encia se án las suminis adas po la no ma i a
ASHRAE55 (Figu a 20). Es ablece emos pues, una a io que elacione las dos componen es de la
ca ga (sensible y la en e) denominado a io de calo sensible. A meno alo de la a io de calo
sensible, mayo alo de la ca ga de en iamien o la en e
Figu a 19: Esquema de con ol simul áneo
Pa a los sis emas con encionales po comp esión mecánica, el alo de la a io de calo sensible es á
en o no a 0.75 lo que se aduce en que el 75% de la capacidad del sis ema es usada solo pa a
con ola la ca ga sensible, y el 25% es an e pa a la ca ga la en e. Así pues, los sis emas
con encionales pueden p o ee las condiciones de con o solo cuando la a io de calo sensible es
mayo al 75%.
Es en es e pun o, donde los sis emas con encionales su en la p ime a limi ación ecnológica, ya que
Acondicionamien o
del ai e
Con ol simul áneo
Tempe a u a
Calen amien o
En iamien o
Humedad
Deshumidi icación
Pul e ización
Limpieza
Ven ilación
La ado
Fil acion
Olo
Abso ción
Re ige ación sola con desecan es. Análisis de sis emas y simulación con EES
32
concep o de e ige ado es e apo a i os con encionales y desecan es, con igu aciones del sis ema,
modos de ope ación, así como el ac ual es ado de la ecnología de e ige ación e apo a i a basada
en desecan es.
Wenzhong Gaoa, William Wo ek, Vinaykuma Kondu u, Kei h Adensinb. Nume ical s udy
on pe o mance o a desiccan cooling sys em wi hin di ec e apo a i e coole . Shangai-
Hough on, China-USA. Ene gy and Buildings 86 (2015) 16–24 [15]
En es e a ículo se p opone un análisis ma emá ico pa a compa a y mos a que un sis ema de
e ige ación e apo a i a indi ec a con ecnología de desecan es sólidos y u ilizando una uen e de
calo de bajo g ado es una al e na i a ideal a los sis emas con encionales de comp esión de apo a
la ho a de p o ee las condiciones de con o en a es húmedas. Se desa olla un modelo ma emá ico
pa a e alua un sis ema de e ige ación hib ido, basado en el acoplamien o en la ans e encia de
ene gía y masa, en é minos del coe icien e de ope ación COP y Em. Los sub-modelos ob enidos
ue on compa ados a su ez con los esul ados expe imen ales.
Los e ec os de los pa áme os de ope ación, así como de la e iciencia NTU en el endimien o del
in e cambiado de calo y el e ige ado e apo a i o indi ec o son es udiados, a ojando como
conclusión, que la empe a u a y lujo de en ada de ai e ideal pa a el p oceso debe se de 35 ºC y
18g/kg, o que Em es independien e de la elocidad de en ada del ai e.
Muza a Ali, Vladimi Vuko ic, Nadeem Ahmed Sheikh, Ha iz M. Ali. Pe o mance
in es iga ion o solid desiccan e apo a i e cooling sys em con igu a ions in di e en clima ic
zones. Vienna, Aus ia; Taxila, Pakis an; Teesside, UK. Ene gy Con e sion and Managemen
97 (2015) 323–339. [16]
En es a línea de in es igación, ealiza un análisis del endimien o de cinco con igu aciones
di e en es de e ige ado es desecan es e apo a i os, bajo condiciones climá icas di e en es en cinco
ciudades de la i udes dis in as: Viena, Ka achi, Sao Paulo, Shanghái y Adelaida. Pa a el ciclo básico
de ope ación, es con igu aciones s anda d y dos modi icadas ( en ilación, eci culación ciclos
dunkle, en ilación- eci culación y en ilación-dunkle) son analizadas in las zonas climá icas
comen adas u ilizando un sis ema de obje o o ien ado basado en ecuaciones de modelado y
ap oximación po simulación pa a de e mina la con igu ación op ima del sis ema e apo a i o
desecan e pa a cada zona climá ica
Gio anni Ang isani, Ca lo Roselli, Mau izio Sasso. Expe imen al assessmen o he ene gy
pe o mance o a hyb id desiccan cooling sys em and compa ison wi h o he ai -condi ioning
echnologies. Bene en o, I aly. Applied Ene gy 138 (2015) 533–545. [17]
En es e abajo, Ang isani y o os ealizan ba e ías de es pa a in es iga el empleo de un sis ema de
e ige ación desecan e hib ido que emplea una ueda desecan e y que in e ac úa con una
cogene ación. En es e a ículo, se iene en cuen a pa a el es udio desde el núme o máximo de
condiciones de ope ación, los pa áme os de endimien o u ilizados, la de inición de un nue o COP
o la compa ación del sis ema hib ido desecan e con o os acondicionado es de ai e. El endimien o
ue analizado a iando cinco condiciones de ope ación: Tempe a u a de egene ación, la elocidad
Re ige ación sola con desecan es. Análisis de sis emas y simulación con EES
33
de o ación el olumen del lujo de ai e de en ada, la empe a u a del ex e io y la a io de humedad.
Se in es iga on un amplio núme o de pa áme os de endimien o basados en la ene gía p ime ia,
elec icidad o ene gía é mica.
E. Elgendy, A. Mos a a, M. Fa ouh. Pe o mance enhancemen o a desiccan e apo a i e
cooling sys em using di ec /indi ec e apo a i e coole . Cai o, Egyp . In e na ional jou nal o
e ige a ion 51 (2015) 77-87. [18]
En es e a ículo, es nue as con igu aciones de sis emas e apo a i os desecan es son p opues as,
simuladas y compa adas con el sis ema con encional de comp esión de ai e bajo amplias
condiciones de empe a u a ambien e y a io de humedad. En la con igu ación I, un e apo ado
di ec o/indi ec o es inse ado an es del in e cambiado o a i o. Sin emba go, es e e apo ado se
inse a as el in e cambiado ; y en la con igu ación III se añade un e apo ado ex a en la di ección
opues a. Median e un análisis ene gé ico, se e mina que la con igu ación I iene la mayo capacidad
de e ige ación, pe o es la con igu ación III la que posee el mayo COP.
Ahlem Zouaoui, Leila Zili-Ghedi a, Sassi Ben Nas allah Open solid desiccan cooling ai
sys ems: A e iew and compa a i e s udy. Manas i , Tunisia. Renewable and Sus ainable
Ene gy Re iews 54 (2016) 889–917 [19]
Ahlem Zouaoui y o os p esen an en es e a ículo una isión de conjun o sob e los nue os mé odos y
sus obje i os pa a el acondicionamien o de ai e e i ando las emisiones de CFC empleado ene gías
eno ables como la ene gía sola o el calo esidual, a ando con ans e encias de masa y calo en
las ins alaciones, las cuales es án compues as p incipalmen e po una cama desecan e, un
in e cambiado de calo y un deshumidi icado . El ai e de en ilación es en iado a a és de es as
ins alaciones pa a educi su empe a u a y ajus a la humedad, En es e es udio, una cama de
geome ía cilínd icas empleada en luga de la ípica ueda desecan e. La e olución empo al de la
empe a u a del ai e, así como su humedad a la salida de cada elemen o del sis ema de e ige ación
son analizados y mos ados en g á icas.
Uçkan I, Yılmaz T, Büyükalaca O, Hü doğan E. Fi s expe imen al esul s o a desiccan
based e apo a i e cooling sys em in Adana. ROOMVENT, No way 2011. [20]
Uckan p esen a esul ados u ilizando un sis ema de e ige ación e apo a i o desecan e pa a unas
condiciones climá icas calien es y húmedas. El e ige ado e apo a i o usado po Uckan es su
expe imen o es de ipo indi ec o. Los esul ados mos a on que el ai e ambien e puede se en iado a
19ºC desde 30ºC, p opo cionando un ai e de 25ºC en el espacio acondicionado.
Riang ilaikul B, Kuma S. An expe imen al s udy o a no el dew poin e apo a i e cooling
sys em. Ene gy Build 2010; 42(5): 637–44. [21]
Riang ilaikul y Kuma p opusie on y es ea on un sis ema de e ige ación e apo a i o indi ec o
pa a educi la empe a u a del ai e de salida de la ueda deshumi icado a sin pe u ba la humedad
del ai e. Los esul a os mos a on un buen endimien o del sis ema an o pa a condiciones ambien e
seca y húmeda. El sis ema esul an e u o un pun o de ocío de 0.58-0.84 y un bulbo húmedo
Re ige ación sola con desecan es. Análisis de sis emas y simulación con EES
34
e ec i o de 0.9-1.14. En ez de un e ige ado e apo a i o, Ka ejaneka n y Kuma u ilizan un
in e cambiado de calo pa a educi la empe a u a del ai e seco de en ada desde el deshumi icado
sin añadi humedad al ai e.
Pa ma H, Hindoliya DA. Pe o mance o a solid desiccan based e apo a i e cooling sys em
in wa m and humid clima ic zone o India. In J Eng Sci Technol 2010; 2(10):5504–8. [22]
Pa man y Hindoliya es udia on el po encial de un desecan e solido en conjun o con una un sis ema
de e ige ación e apo a i o di ec o en cinco ciudades de la India, compa ando la ac uación del
sis ema pa a odas las ciudades. El 50% del ai e de e o no desde las condiciones del ambien e
ue on mezclados con ai e egene ado man eniendo el 50% con el ai e de p oceso. El esul ado
mos ó que el COP del sis ema pa a las di e en es ciudades a iaba en e 0.14 y 0.21. El mejo
endimien o del sis ema ue obse ado en ciudades cos e as (Mumbai). La humedad de en ada en el
ai e y la e ec i idad del e ige ado e apo a i o di ec o ienen un ue e e ec o en el endimien o del
sis ema ya que la e icacia del sis ema se inc emen ó un 30-50% con el 15% de inc emen o de
e ec i idad en el e ige ado e apo a i o.
Oli ei a AC, A onso CF, Ri a SB, Dohe yPS. The mal pe o mance o a no el ai
condi ioning sys em using a liquid desiccan . Appl The m Eng 2010; 20(13):1213–23. [23]
Oli ei a p opone un sis ema de e ige ación usando un deshumi icado desecan e líquido de
b omu o de li io en conjunción con un e ige ado e apo a i o di ec o sin ci culación de ai e. Los
esul ados de la simulación mos a on que es a nue a al e na i a iene un g an po encial pa a
emplaza a los sis emas de ai e acondicionados con encionales con un cos e inicial muy bajo.
Kessling W, Lae emann E, Kap hamme C. Ene gy s o age o desiccan cooling sys ems
componen de elopmen . Sol Ene gy 1998;64(4-6):209–21. [24]
Kessling expe imen almen e es eó un sis ema desecan e líquido en conjunción con una e ige ación
e apo a i a indi ec o usando una solución desecan e de clo u o de li io, en la cual se podía egene a
a baja empe a u a, menos de 80ºC.
Wu z E, Maalou C, Mo a L, Alla d F. Pa ame ic analys is o a sola desiccan cooling
sys em using he SimSPARK En i onmen . In: Nin h in e na ional IBPSA con e ence
Mon éal, Canada; 2005.p.15–18. [25]
Maalou es udió el po encial e ige an e del desecan e, en un sis ema de e ige ación e apo a i o
pa a condiciones climá icas si uadas en F ancia po simulación del modelo. Los esul ados ue on
que el sis ema e a adecuado pa a egiones con a ios de humedad mode ados.
Ouazia B, Ba houn H, Ba houn H, Haddad K, A ms ong MM, Ma chand RG, Szadkowski
F. Desiccan -e apo a i e cooling sys em o esiden ial buildings. In:12 h Canadian
con e ence on building science and echnology. Mon éal, Québec; 2009. [26]
Ouazia desa olló un modelo de un sis ema de e ige ación desecan e e apo a i a pa a esidencias y
Re ige ación sola con desecan es. Análisis de sis emas y simulación con EES
35
obse ó an o su endimien o eó ico como el expe imen al. Los esul ados mos a on que la
e ige ación desecan e e apo a i a es adecuada pa a eemplaza los sis emas de ai e acondicionados
con encionales mejo ando el con ol de empe a u a y humedad, especialmen e en á eas con al a
ca ga la en e.
Saman WY, Alizadeh S. Modelling and pe o mance analysis o ac oss- low ype pla e hea
exchange o dehumidi ica ion/cooling. SolEne gy 2001;70 (4):361–72. [27]
Saman p opuso un sis ema de e ige ación desecan e líquido en conjunción con un sis ema de
e ige ación e apo a i o indi ec o en un in e cambiado de calo ipo pla o (PHE) con aco ien e,
eniendo una ase de ai e-agua y una solución desecan e sepa adas cada una usando pla os de
plás icos. Los inos pla os ambién es án p o is os po una supe icie de con ac o pa a la as e encia
de calo y masa en e el ai e-agua y la solución desecan e. El ai e secunda io el cual es en iado po
el e ige an e e apo a i o di ec o se pone en con ac os con el agua en unos de los lados del pla o. El
ai e secunda io en iado elimina el calo del ai e p ima io en el o o lado del pla o, pa a ello hace uso
del e ige an e e apo a i o indi ec o. El ai e p ima io es deshumi icado po lo an o median e la
solución desecan e que es ociado a con aco ien e con el á ea de con ac o. El endimien o del
modelo p opues o ue p ime o obse ado de o ma eó ica y luego expe imen al bajo las condiciones
climá icas de B isbane, Aus alia. Se encon a on con que la e ec i idad del e ige ado e apo a i o
podía alcanza el 75% pa a un ángulo de in e cambio de 45 g ados.
Nelson JS, Beckman WA, Mi chell JW, CloseDJ. Simula ions o he pe o mance o open
cycle desiccan sys ems using sola ene gy. SolEne gy 1978;21(4):273–8. [28]
Nelson desa olló y simuló dos di e en es modelos de sis emas de e ige ación desecan e
e apo a i a abajando con eci culación y ciclos de en ilación pa a las condiciones de Miami,
Flo ida. Los esul ados mos a on que el 95% de la ene gía puede se ob enida del sol po
egene ación de ueda desecan e usando un colec o de 45m2 pa a un sis ema que abaja con ciclos
de en ilación.
Smi h RR, Hwang CC, Dougall RS. Modeling o a sola -assis ed desiccan ai condi ione o
a esiden ial building. Ene gy 1994;19(6):679–91. [29]
Smi h desa olló y es udió la e ige ación desecan e ope ando con ciclos de en ilación en
conjunción con e ige ado es e apo a i os di ec os pa a 3 localizaciones Pi sbu g (Pennsyl ania),
Macon (Geo gia) y Albuque que (Nue o México). Los esul ados ob enidos mos a on que el
desecan e basado en un sis ema de e ige ación e apo a i o enían buen endimien o y podían
cub i las demandas pa a las 3 localizaciones. La máxima acción de ene gía sola de la
egene ación de ene gía eque ida es pa a Pi sbu g (75%).
Al-Sulaiman FA, Gandhidasan P, Zubai SM. Liquid desiccan based wo-s age e apo a i e
cooling sys em using e e se osmosis (RO) p ocess o egene a ion. Appl The m Eng
2007;27(14):2449–54. [30]
Al-Sulaiman analizó los sis emas de e ige ación mul i-e apa usando un deshumi icado de líquido
Re ige ación sola con desecan es. Análisis de sis emas y simulación con EES
36
desecan e en e e apas. Tan o la ene gía é mica como la mecánica ue on usados pa a la
egene ación de la solución desecan e. Los esul ados mos a on que la ene gía consumida ue de
25% más al u iliza una uen e mecánica pa a la egene ación, mien as que la uen e é mica
inc emen ó la empe a u a del desecan e en 22ºC. Muchas in es igaciones han es udiado la
ans e encia de masa y calo de los sis emas de e ige ación e apo a i a desecan e aplicando
ecuaciones di e enciales de calo y masa pa a cada componen e indi idual sin analiza el
endimien o o al del sis ema.
Radhwan AM, Elsayed MM, Ga i HN. Ma hema ical modeling o sola ope a ed liquid
desiccan -e apo a i e ai condi ioning sys em. Eng Sci1 999;11(1):119–41. [31]
Radhwan ma emá icamen e modeló un sis ema de e ige ación e apo a i o desecan e líquido
asis ido de o ma sola y obse ó que el endimien o del sis ema pa a ope aciones a la la ga bajo las
condiciones de Jeddah, A abia Saudi. El a io del sis ema é mico (STR), ac o de eemplazo
desecan e (DRF) y el ac o de u ilización sola (SUF) ue on de inidos pa a obse a el endimien o
del sis ema pa a di e en es condiciones climá icas. Los esul ados mos a on que el sis ema iene un
buen endimien o pa a climas calien es y húmedos.
Bellemo L, Elmegaa d B, Reinhold LO, Kæ n MR. Modeling o a egene a i e indi ec
e apo a i e coole o a desiccan cooling sys em. In: Fou h IIR con e ence on
he mophysical p ope ies and ans e p ocesses o e ige - an s, Del , The Ne he lands;
2013. [32]
Bellemo numé icamen e es udió el pun o de ocío de un e ige ado e apo a i o, ambién llamado
e ige ado e apo a i o de egene ación indi ec a, el cual es pa e del sis ema de e ige ación
desecan e y analizó su endimien o pa a dis in os a ios de lujo de ai e, condiciones de ai e de
en ada y acciones de eci culación. Los esul ados mos a on que la calidad e ige a i a del pun o
de ocío de un e ige ado e apo a i o es aba maximizada pa a una acción de eci culación de 0.3
y que la mayo ía de las condiciones ue on mayo men e a ec adas po el a io de humedad del ai e
de en ada. Debido a la es uc u a egene a i a el pun o de ocío de un e ige ado e apo a i o no
equie e ai e secunda io como eque ía el e ige ado e apo a i o indi ec o. La empe a u a del
bulbo húmedo del ai e de en ada puede se conseguida.
Goldswo hy M, Whi e S. Op imisa ion o a desiccan cooling sys em design wi h indi ec
e apo a i e coole . In J Re ig 2011;34(1):148–58. [33]
Goldswo hy y Whi e es udia on el sis ema de e ige ación e apo a i a con desecan e sólido
usando un e ige ado e apo a i o indi ec o. El sis ema iene un g an po encial pa a aho a ene gía
y educi emisiones. Los esul ados ambién mos a on que un al o alo del coe icien e eléc ico
podía se log ando con la egene ación de empe a u a de 70ºC, el a io del p oceso de egene ación
del lujo de ai e 0.67 y el a io secunda io pa a el lujo de ai e p ima io de 0.3.
Pescod D. A hea exchange o ene gy sa ing in an ai -condi ioning plan . ASHRAE T ans
1979; 85(2):238–51. [34]
Re ige ación sola con desecan es. Análisis de sis emas y simulación con EES
37
Pescod desc ibió un e ige ado e apo a i o indi ec o a con aco ien e con un lujo de agua en el
canal húmedo opues o al lujo secunda io de ai e. El espacio del canal, longi ud del canal, las
elocidades de lujo y a ios de lujo del agua ue on la cla e pa a el diseño lle ado a cabo en el
es udio.
Cama go JR, Ebinuma CD, Ca doso S. A ma hema ical model o di ec and indi ec
e apo a i e cooling ai condi ioning sys ems. In: P oceedings o he nin h B azilian cong ess
o he mal enginee ing and sciences, ENCIT, UFPB, PB, pape CIT02-0855; 2002. [35]
Un análisis e mo-económico del sis ema de e ige ación e apo a i o di ec o jun o a un
deshumi icado desecan e ue lle ado a cabo po Cama go, basado en la p ime a y segunda ley de la
e modinámica.
Chen PL, Qin HM, Huang YJ, Wu HF. A hea and mass ans e model o he mal and
hyd aulic calcula ions o indi ec e apo a i e coole pe o mance. ASHRAE T ans1
991;97(2):852–63. [36]
Chen desa olló un modelo de ans e encia de calo y masa pa a el cálculo de los endimien os
é mico e hid áulico del e ige ado e apo a i o indi ec o. Ellos concluye on que el sis ema enía un
g an endimien o cuando el ai e de la habi ación e a usado con ai e secunda io.
Figu a 23: Re ige ación con p e- e ige ación y DEC
Figu a 24: Sis ema desecan e + p e- egene ación
Re ige ación sola con desecan es. Análisis de sis emas y simulación con EES
38
Sub amanyam N, Maiya MP, Mu hy SS. Applica ion o desiccan Wheel o con ol humidi y
in ai -condi ioning sys ems. Appl The m Eng 2004; 24(17-18):2777–88. [37]
Sub amanyam es udio los e ec os de los di e en es pa áme os, que son el a io de lujo de ai e,
elocidad de ueda, e c. en el endimien o de las uedas desecan es sólidas pa a condiciones de baja
humedad. La elocidad óp ima de la ueda es de 17.5 pm pa a mejo es endimien os los sis emas y
mejo capacidad pa a elimina humedad de la ueda desecan e.
Khoukhi M. The use o desiccan cooling sys em wi h IEC and DEC in ho - humid clima es.
In J Ene gy Eng 2013;3(4):107–11. [38]
Khoukhi simula on un sis ema de e ige ación desecan e sólido con e ige ado es di ec os e
indi ec os usando da os medidos pa a obse a el endimien o del sis ema bajo condiciones
climá icas de calo y humedad.
En la Figu a 23 se mues an las empe a u as y humedades de cada pun o del ciclo pa a un ciclo de
e ige ación desecan e es ánda con p e- e ige ación y e ige ado e apo a i o di ec o mien as
que en la Figu a 24 se mues an los esul ados del sis ema desecan e sólo con p e- e ige ación.
Los esul ados mos a on que pa a ambien e de empe a u a de bulbo seco y humedad ela i a de
36ºC y 70%, espec i amen e, los sis emas de e ige ación desecan e sólidos en conjunción con
e ige ado es e apo a i os di ec os o indi ec os pueden log a un acep able ango de empe a u as y
humedad pa a el ango de con o humano.
Su yawanshi concluyó compa ando con sis emas con encionales, 2 e apas e ige a i as
e apo a i as es 4.5 eces más e icien es, pe o solo en climas secos y calien es. Pa a condiciones
calien es y húmedas puedes se combinado con deshumi icado es desecan es.
1.6 Es uc u a y con enido
En el p esen e documen o, la es uc u ación del con enido se epa e en cinco módulos:
i. Una p ime a oma de con ac o con espec o a la demanda mundial de
e ige ación/cale acción. (Módulo 1)
ii. In oducción a la ecnología y e isión bibliog á ica que ecoge el es ado ac ual de la
écnica. (Módulo 1)
iii. Una discusión y compa ación sob e los di e en es sis emas de en iamien o egene a i o.
(Módulo 2)
i . Modelización y c eación de en o no simulado median e so wa e Ma lab. (Módulo 3)
. Análisis de los esul ados ob enidos (Módulo 4)
i. Resumen y conclusiones (Módulo 5)
ii. Bibliog a ía especi ica empleada. (Módulo 6)
iii. Anexos (Modulo 7)
39
2 SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN
EVAPORATIVOS
2.1 In oducción
En el apa ado an e io se asen a on las bases de la ecnología e apo a i a, comenzando po un
pequeño es udio a sob e los nue os sis emas HVAC que inco po an uen es al e na i as y
eno ables en sus i ución de las uen es de ene gía p ima ia ac uales, así como una in oducción a la
ecnología de mane a gene al, en ma e ia de concep os y e minología básica. En la e isión
bibliog á ica se plan ea on las dis in as líneas de in es igación a escala in e nacional en las úl imas
es décadas a modo de a gumen ación que sus en e el desa ollo del p oyec o a lo la go de es e
documen o.
En es e pun o, el obje i o p incipal se á aden a nos en las di e en es con igu aciones y sis emas de
e ige ación e apo a i a que exis en en la ac ualidad, epasa los dis in os módulos básicos que
poseen en común además de con empla o os sis emas al e na i os
2.2 Clasi icación de los sis emas de en iamien o egene a i o
A con inuación, se in oduci án los p incipales sis emas desecan es
- Sis ema básico de acondicionamien o de ai e con deshumidi icación desecan e o a i a: La
p ime a pa en e conocida sob e la aplicación de un ciclo de acondicionamien o de ai e con desecan e
o a i o da a de 1995. La Figu a 25 mues a el mencionado ciclo de en ilación, ambién conocido
como ciclo de Penning on. Se oma como ai e de p oceso el ai e ambien e (es ado 1), el cual pasa a
a és de la ueda desecan e (simbolizada como DW), en la cual la humedad es eliminada y se
inc emen a su empe a u a debido al e ec o é mico de adso ción. T as pasa po la ueda, es e ai e
seco y calien e se en ía de mane a sensible desde el es ado dos al es en un in e cambiado de calo
(HE), as el cual, el ai e de p oceso es en iado de mane a e apo a i a pasando la co ien e del
mismo a a és de e ige ado de e apo ación di ec a (DEC).
En el lado del esquema co espondien e a la egene ación de ai e, el ai e de e o no (es ado 5) es
en iado y humidi icado en o o e ige ado de e apo ación di ec a (DEC). Es a co ien e de ai e
in e cambia calo sensible con el ai e de p oceso con el in de p e-en ia el ai e de p oceso,
p ecalen ándose así mismo. La co ien e de ai e calien e inc emen a aún más su empe a u a (es ado
7 al 8) g acias a la uen e de calo ex e na. T as egene a la ueda desecan e (DW), ob enemos ai e
esidual de p oceso (es ado 9).
Re ige ación sola con desecan es. Análisis de sis emas y simulación con EES
40
Conside ando que el escape de ai e esidual de la ca ga no es á cen alizado o localizado en un
emplazamien o que acili e su uso pa a co-p ocesa el ai e de p oceso, se p opone una modi icación
del ciclo de Penning on (Figu a 26) el cual p ocesa el ai e ambien e pa a la edi icación, pe o u iliza
el ai e ambien a ambién en el ci cui o de egene ación de la ueda desecan e. Ob iamen e, los
endimien os é micos (incluyendo el coe icien e de endimien o é mico o COP) y la capacidad
especi ica de e ige ación se en educidos en compa ación con el ciclo de en ilación es ánda
debido a que el a io de humedad y la empe a u a del ai e ambien e son mayo es que las del ai e de
e o no que p o iene de la ca ga.
Figu a 25: Ciclo de en ilación Penning on
Figu a 26: Va iación del ciclo de Penning on
Con el in de inc emen a la capacidad de e ige ación, se desa olla una a ian e al ciclo de
Penning on con eci culación, al y como se desc ibe en la Figu a 27.
El ai e ambien e es empleado como co ien e de e ige ación en es e ciclo de eci culación
al e na i o (Figu a 27). En es e ciclo, el ai e empleado como ai e de p oceso es el ai e de e o no de
la ca ga, ope ando en un ciclo ce ado. Po o o lado, el ai e ambien e es el empleado en el ci cui o
de egene ación pa a la ueda desecan e. Debido a que la a io de humedad y empe a u a del ai e
son ela i amen e bajos, el COP del ciclo alcanza alo es máximos en o no a 0.8. La p incipal
des en aja de es e ciclo de eci culación es, ob iamen e, la ca encia de ai e esco como ai e de
p oceso.
El ciclo de Dunkle (Figu a 28) combina los bene icios del ciclo de en ilación, el cual p opo ciona
ai e io con una empe a u a ela i amen e baja pa a el HE, con los bene icios del ciclo de
eci culación, el cual p opo ciona un espacio o almen e acondicionado con una capacidad
ela i amen e al a de e ige ación. Pa a ello, el ai e de p oceso ci cula en ci cui o ce ado, como el
ciclo de eci culación, pe o en es e caso, emplea emos an es de la ueda desecan e un e ige ados
e apo a i o di ec o, el cual e ige a á el ai e de p oceso pa a que es e, en el paso 5-6 del ciclo
Re ige ación sola con desecan es. Análisis de sis emas y simulación con EES
41
e ige e p opio ai e de p oceso de mane a sensible. T as pasa po es e, la ueda desecan e educi á
su con enido de humedad aumen ado su empe a u a. A di e encia de o os ciclos, el ciclo de Dunkle
ope a con un in e cambiado de calo adicional, p oduciéndose dos en iamien os sensibles y
educiendo la ca ga de e ige ación del e apo a i o di ec o si uado an es de la ca ga. Al igual que el
ciclo de eci culación, su e la limi ación de la ca encia de ai e esco. Ob iamen e, ai e esco no
solo signi ica con o y salud, ambién ep esen a una ca ga adicional. Además, muchas de las ca gas
de e ige ación no necesi an que el ai e del ex e io sea la uen e del sis ema.
Figu a 27: Ciclo de Penning on con
eci culación
Figu a 28: Ciclo Dunkle
Po lo an o, el ai e esco debe ía se man enido en los ni eles eque idos po el sis ema pa a
asegu a un endimien o a o able, así como un ai e en el in e io de buena calidad. Con el in de
cumpli es os equisi os, Maclaine-c oss desa olla un ciclo simpli icado que emplea la ecnología de
desecan e sólido, denominado ciclo SENS (Figu a 29). En es e ciclo, se emplea ai e esco del
ambien e como ai e de p oceso, el cual su e una deshumidi icación po la acción de la ueda
desecan e (p oceso 1-2). T as la educción de humedad y el aumen o de empe a u a, se en ía de
mane a sensible po la acción de un in e cambiado de calo (p oceso 2-3), el cual emplea como ai e
de e ige ación el ai e ambien e (p oceso 1-10).
Es e ai e ambien e se á calen ado po una uen e é mica (p oceso 10-11) y empleado pa a egene a
la ueda desecan e (p oceso 11-12). El ai e de p oceso e ige ado de mane a sensible en el p oceso
2-3 su e de un nue o en iamien o sensible en o o in e cambiado de calo (p oceso 3-4). El ai e de
e ige ación empleado en es e in e cambiado p o iene de una co ien e de bypass del ai e apo ado
a la ca ga (pun o 6), el cual debe e ige ase en una o e de en iamien o an es de pasa po el
in e cambiado de calo (p ocesos 6-8; 8-9). La co ien e de p oceso ob enida del segundo
en iamien o sensible, pa a po ul imo po una ba e ía de en iamien o en la que alcanza á las
condiciones de con o es ablecidas (p oceso 5-6) no sin an es su i un p oceso de mezclado con el
Re ige ación sola con desecan es. Análisis de sis emas y simulación con EES
48
como una esponja. En la Figu a 39 se mues an las con igu aciones más usadas. La ueda gi a
len amen e en e los lujos de p oceso y egene ación (Figu a 40). El ai e de p oceso luye en e los
canales o mados y el desecan e imp egnado en la es uc u a a adso biendo la humedad del ai e
has a que se sa u a, lo que aumen a la p esión de apo de su supe icie. Cuando la ueda en a en
egene ación, el desecan e es calen ado po el lujo de ai e de egene ación, eliminando la humedad
de es e. Una ez e minada la e apa de egene ación, el desecan e calien e uel e a la zona de
p oceso, donde se en ía al pone se en con ac o con una pequeña po ción de ai e de p oceso; así
queda lis o pa a ol e a adso be humedad. Gene almen e, las uedas desecan es poseen un 75 % de
su supe icie pa a el ai e de p oceso y un 25% pa a la zona de egene ación, aunque es a elación
puede a ia .
Figu a 39: Con igu ación del panel
Figu a 40: Esquema de uncionamien o
- In e cambiado de calo : Emplea emos un in e cambiado de calo pa a disminui la ca ga
sensible del lujo de ai e de p oceso y consegui que el sal o de empe a u a a consegui con el
e ige ado e apo a i o sea meno .
- Re ige ado e apo a i o di ec o: En nues o sis ema emplea emos un sis ema e apo a i o
di ec o el cual pa a disminui la empe a u a del ai e emplea agua apo izada, aumen ando el
Re ige ación sola con desecan es. Análisis de sis emas y simulación con EES
49
con enido en humedad, median e un p oceso é mico de sa u ación adiabá ica. La p incipal
ca ac e ís ica de es e p oceso es el inc emen o de su e iciencia cuando las empe a u as aumen an, lo
que signi ica que se necesi a una mayo capacidad de e ige ación pa a consegui el con o
é mico. (Figu a 6)
Además, iene el a ac i o adicional de un consumo de ene gía bajo y un man enimien o sencillo.
Pa e del calo sensible del ai e es ans e ido al agua con i iéndose en calo la en e po e apo ación
pa cial de la misma. El calo la en e con inúa en el apo de agua y se di unde en el in e io del ai e.
- Apo e ene gé ico a la co ien e de enge ación: En nues o caso, dimensiona emos como
uen e de ene gía al e na i a una ins alación sola é mica auxilia con una calde a de gas na u al que
sea capaz de supli el es o de la demanda é mica que no sea apo ada po el campo (Figu a 41)
Figu a 41: Esquema básico uen e de ene gía al e na i a sola
2.4 Resumen de o as ins alaciones exis en es
En es e pun o, a modo in oduc o io, epasa emos o as ecnologías habi uales en el campo del
acondicionamien o del ai e, an o me odologías adicionales como expe imen ales eniendo en
cuen a sus en ajas y des en ajas.
Di idi emos las di e en es écnicas en dos g upos: Tecnologías que equie en de un apo e ex e io
de ene gía, denominadas écnicas de en iamien o ac i as y ecnologías que no equie en de un
apo e de ene gía ex e io , denominadas écnicas de e ige ación pasi as
Re ige ación sola con desecan es. Análisis de sis emas y simulación con EES
50
2.4.1 Técnicas de e ige ación ac i as
Ampliamen e u ilizadas cuando las condiciones ambien es son ad e sas y las écnicas pasi as son
insu icien es
- Re ige ación po comp esión: Mé odo con encional po excelencia, basa su uncionamien o en
los g adien es de p esión (zonas de al a y baja) pa a que el luido abso ba calo en el e apo ado y lo
ceda en el condensado (Figu a 42). Los alo es de COP de dicho sis ema son muy ele ados, pe o
po el con a io equie en de un al o consumo de ene gía eléc ica, po no menciona las al as
emisiones de con aminan es. El con ol de ugas de e ige an es es o a des en aja añadida, ya que
es os (clo o luo oca bono o hid o luo oca bonos) son sus ancias po encialmen e con aminan es y
con ibuyen es al calen amien o global.
El coe icien e de ope a i idad o COP se de ine como:
𝐶𝑂𝑃=𝑄𝑐
𝑊
(2-1)
Figu a 42: Re ige ación po comp esión
Siendo Qc la po encia igo í ica y W la po encia consumida po la máquina. Es e ac o es
di ec amen e p opo cional a la di e encia de empe a u as en e el condensado y e apo ado .
Cuan o mayo sea es a di e encia meno se á el alo del COP.
Re ige ación sola con desecan es. Análisis de sis emas y simulación con EES
51
- Re ige ación po abso ción: Den o del g upo de las ecnologías ac i as, encon amos nue as
al e na i as p omo idas po el cambio climá ico con el in de educi la dependencia ene gé ica y
limi a la emisión de gases de e ec o in e nade o.
La ecnología po abso ción, al igual que la e ige ación po comp esión, posee un líquido
e ige an e con una empe a u a muy baja de cambio de ase. Al e apo a se es e, abso be ene gía
del medio. En es e es ado, uel e a se abso bido po una sus ancia con g an a inidad, egene ándose
al calen a la mezcla de ambas.En los sis emas de e ige ación po abso ción, exis en dos sis emas:
El que emplea agua / b omu o de li io, siendo es e úl imo el luido abso ben e y el agua
empleada como luido e ige an e.
El que emplea agua como luido abso ben e y el amonio como luido e ige an e.
A pesa de es as di e encias, odos es án o mados po los mismos componen es (Figu a 43):
Gene ado , condensado , e apo ado y abso bedo .
Figu a 43: Sis ema abso bedo
El COP de es e sis ema puede aumen a se con lo que se suele llama un doble ciclo. En es e se
implan an dos gene ado es y condensado es, uno pa a el ni el de baja empe a u a y o o pa a el de
al a.
Re ige ación sola con desecan es. Análisis de sis emas y simulación con EES
52
2.4.2 Técnicas de e ige ación pasi as
Es as écnicas basan su uncionamien o en la ans e encia de calo de mane a na u al. Su uso educe
conside ablemen e los cos es ene gé icos, aunque sus limi aciones hacen que no puedan sa is ace
po si solos la ca ga de io o calo . Ha emos un b e e epaso po algunas de las écnicas pasi as
más usadas.
- Ven ilación na u al c uzada: Es a écnica basa su uncionamien o en los g adien es de p esión
gene ados po los ien os. De es a mane a, se ubican las en anas del ecin o de al o ma que la
co ien e ba e odas las zonas del ecin o (Figu a 44)
Figu a 44: Ven ilación na u al c uzada
Figu a 45: Clima ización geo é mica
Re ige ación sola con desecan es. Análisis de sis emas y simulación con EES
53
- Clima ización geo é mica: En á eas donde la a iación de la empe a u a en e la empo ada
es i al e in e nal es acusada, se plan ea emplea la ine cia é mica del suelo pa a la e ige ación,
ap o echando que la empe a u a del suelo pe manece p ác icamen e cons an e a lo la go del año
(meno que el ambien e en e ano y supe io al ambien e en in ie no). La ecnología de es a écnica
es bas an e sencilla, empleando g andes conduc os en e ados bajo ie a (Figu a 45), con un
ex emo en el in e io del edi icio y el o o en el ex e io . El ai e calien e en e ano en a po los
ubos y g acias a la empe a u a in e io del suelo, se en ía. En in ie no, se emplea el p oceso
in e so, calen ándose el mismo a pasa po el suelo.
- Clima ización po aguas p o undas: Basa su uncionamien o en la di e encia de densidades del
agua a di e en es empe a u as. El agua ía, con mayo densidad y a mayo p o undidad se emplea
como oco ío en un in e cambiado de calo , en el cual se in oduce en agua a e ige a a consumi
po la ca ga. Es e mé odo (Figu a 46) se emplea en la ac ualidad cada ez con más ecuencia ya que
emplea como oco ío el ondo oceánico y iene una complejidad cons uc i a más asequible que la
ecnología geo é mica.
Figu a 46: Clima ización po aguas p o undas
54
3 MODELIZACIÓN DE SISTEMAS DE
REFRIGERACIÓN POR DESECANTES
3.1 In oducción
Asen ada las bases y concep os sob e la e ige ación e apo a i a, en el pun o an e io se plan eó
una in oducción a los módulos básicos de los sis emas de e ige ación e apo a i os con ueda
desecan e, así como una e isión sob e las p incipales con igu aciones y sis emas. En es e pun o,
selecciona emos una con igu ación desc i a en el apa ado an e io pa a es ablece un modelo de
dicho sis ema. Pa a ello necesi a emos modela cada componen e, así como es ablece unas
condiciones en el ex e io y unas condiciones de con o en el ecin o.
3.2 Modelo de componen es
Nues o sis ema de e ige ación e apo a i o cons a de los siguien es modelos de componen es
básicos:
3.2.1 Rueda desecan e
Pa a modela la ueda desecan e, emplea emos las ecuaciones de Ju inak en unción de las
e iciencias especí icas de la ueda. Toma emos como e e encia el modelo de ueda desecan e y la
de inición de los pun os de la siguien e Figu a 47
Figu a 47: Rueda desecan e y de inición de los pun os
Re ige ación sola con desecan es. Análisis de sis emas y simulación con EES
55
En p ime luga , de ini emos los ac o es F1,i y F2,i los cuales elacionan las humedades absolu as
(Wj,i; j=1,2, (kg agua/kg ai e seco)) con las empe a u as absolu as (Tj,i ; j=1,2, (g ados Kel in)) pa a
las condiciones de la co ien e de ai e p oceso de en ada (i=1), la co ien e de salida del ai e as el
p oceso de deshumidi icación (i=2) y las condiciones de en ada de la co ien e de egene ación
(i=8).
𝐹1,𝑖 =−2865
𝑇1,𝑖1,49 +4,344×𝑊1,𝑖0,8624
(3-1)
𝐹2,𝑖 =𝑇2,𝑖1,49
6360 −1,127×𝑊2,𝑖0,07969
(3-2)
Con es os ac o es de inidos de acue do a las exp esiones (3-1) y (3-2) , ob end emos las exp esiones
de las e iciencias ca ac e ís icas de la ueda, (ecuaciones (3-3) y (3-4)). Pa a nues o modelo, se ha
conside ado un modelo de ueda desecan e de al a e iciencia, lo que signi ica que los alo es de sus
e iciencias de Ju inak son 𝜀𝑓1 =0.05 y 𝜀𝑓2 =0.95:
𝜀𝑓1 =𝐹1,2 −𝐹1,1
𝐹1,8 −𝐹1,1
(3-3)
𝜀𝑓2 =𝐹2,2 −𝐹2,1
𝐹2,8 −𝐹2,1
(3-4)
Realizando el análisis de a iables, en es e sis ema end emos 6 a iables de en ada y 2 a iables de
salida:
- Va iables de en ada:
Tempe a u a y humedad absolu a de la co ien e de p oceso a la en ada del ci cui o (pun o
1 – da os me eo ológicos)
E iciencias ca ac e ís icas de la ueda (ob enidas po ca álogo del ab ican e)
Tempe a u a y humedad absolu a de la co ien e de egene ación a la en ada de la ueda
desecan e (pun o 8 – Tempe a u a apo ada po el modelo de la ueda (65ºC), humedad
absolu a calculada, debido a que conocemos las condiciones de la ca ga (26ºC y 50%
humedad ela i a) y solo su e un en iamien o la en e en el e ige ado di ec o, a pa i del
cual, el con enido en humedad absolu a es cons an e)
Re ige ación sola con desecan es. Análisis de sis emas y simulación con EES
56
- Va iables de salida:
Tempe a u a y humedad absolu a de la co ien e de p oceso a la salida de la ueda desecan e
(pun o 2)
3.2.2 In e cambiado de calo
Pa a modela el in e cambiado de calo , nos decan a emos po la me odología basada en la
e iciencia Pa a de e mina la e iciencia del in e cambiado , en p ime luga , debe emos de ini el
calo ans e ido en su in e io (Q, ecuaciones (3-6) y (3-7) así como el calo máximo de inido po
las co ien es (Qmáx, ecuación (3-8)). Pa a la de inición del calo máximo (Qmáx) se ha
conside ado que:
Cmin es el meno de los p oduc os en e la Cp del luido y su caudal másico, compa ando
es e alo pa a la co ien e de p oceso y la co ien e de egene ación. T as comp oba ambos
alo es, se ob iene que el alo de Cmin es a á de inido po la co ien e de egene ación.
Pa a el sal o máximo de empe a u a, se ha conside ado la di e encia en e la empe a u a de
en ada del luido calien e y la empe a u a de en ada del luido ío (Figu a 48)
Pa a el cálculo del calo ans e ido en el in e cambiado , de inimos las ecuaciones homologas (3-6)
y (3-7), conside ando Te c y Ts c como las empe a u as de en ada y salida del luido calien e y Te ,
Ts como las empe a u as de en ada y salida del luido io. En nues o caso, el luido io
co esponde á a la co ien e de egene ación y el luido calien e a la co ien e de p oceso.
𝑄𝑚á𝑥 =𝐶𝑚í𝑛 ×(𝑇𝑒𝑓𝑐 −𝑇𝑒𝑓𝑓)
(3-5)
𝑄 =𝐶𝑓𝑐 ×𝑚𝑓𝑐
(𝑇𝑒𝑓𝑐 −𝑇𝑠𝑓𝑐)
(3-6)
𝑄 =𝐶𝑓𝑓 ×𝑚𝑓𝑓
(𝑇𝑠𝑓𝑓 −𝑇𝑒𝑓𝑓)
(3-7)
𝜀 = 𝑄
𝑄𝑚á𝑥
(3-8)
Re ige ación sola con desecan es. Análisis de sis emas y simulación con EES
57
Figu a 48: E olución de empe a u as en el in e cambiado
- Va iables de en ada:
Tempe a u a de en ada del luido ío (ºC) (co ien e de egene ación, pun o 6, Figu a 49)
Tempe a u a de en ada del luido calien e (ºC) (co ien e de p oceso, pun o 2, Figu a 49)
Calo especí ico co ien e de egene ación (ai e húmedo) (Cp) (J/ kg ºC)
Calo especí ico co ien e p oceso (ai e húmedo) (Cp) (J/ kg ºC)
Caudal másico de ambas co ien es (kg/h) (co ien e de egene ación y co ien e p oceso)
E iciencia del in e cambiado (adimensional) = 0.85
- Va iables de salida:
Tempe a u a de salida del luido ío (ºC) (co ien e de egene ación, pun o 7, Figu a 49)
Tempe a u a de salida del luido calien e (ºC) (co ien e de p oceso, pun o 3, Figu a 49)
Calo in e cambiado (J/h)
3.2.3 Re ige ado e apo a i o di ec o
Pa a el modelado del e apo a i o, se conside a á la ecuación (3-9), es ableciendo la elación en e el
alo de la empe a u a de en ada en el e ige ado e apo a i o di ec o (Ten ada DEC, pa a la co ien e
de p oceso, la empe a u a en el pun o 3, pa a la co ien e de egene ación, la empe a u a en el
pun o 5, el cual coincide con las condiciones en el in e io de la habi ación), la empe a u a de bulbo
húmedo de es a empe a u a de en ada en unción de su humedad (Twb en ada) y el endimien o del
e ige ado , el cual se ha conside ado que es 0,9 (μ) pa a ob ene la empe a u a de salida del
e ige ado e apo a i o di ec o (Tsalida DEC, en el caso de la co ien e de p oceso, es a empe a u a
co esponde al pun o 4. En el caso de la co ien e de egene ación, al pun o 6)
𝑇𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 𝐷𝐸𝐶 =𝑇𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 𝐷𝐸𝐶 −𝜇×(𝑇𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 𝐷𝐸𝐶 −𝑇𝑤𝑏 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎)
(3-9)
Re ige ación sola con desecan es. Análisis de sis emas y simulación con EES
64
Conociendo el calo in e cambiado, aho a pod emos concoe a que empe a u a sale nues a
co ien e de egene ación a la salida del in e cambiado sola :
𝑄 =𝑚∙𝐶𝑝∙(𝑇𝑓𝑠 −𝑇𝑓𝑒)
(3-24)
Figu a 49: Ciclo de Penning on con apo e de ene gía sola
- Va iables de en ada:
Q: Calo in e cambiado (W)
m: Caudal másico de la co ien e de egene ación (kg/s)
CP: Calo especi ico de la co ien e de egene ación (W/kg ºC)
Te : Tempe a u a del luido io a la en ada del in e cambiado ( emp a u a de en ada de la
co ien e a egene a , pun o 7 Figu a 49)(ºC)
- Va iables de salida:
Te : Tempe a u a del luido io a la salida del in e cambiado ( emp a u a de salida de la
co ien e de egene ación, pun o 8’, Figu a 49)(ºC)
3.2.4.2 Dimensionado de la calde a de gas na u al
Po úl imo, as ealiza el dimensionado p e io del campo sola , deposi o e in e cambiado con al
co ien e de egene ación, debemos de añadi una calde a de gas na u al que p opo cione el sal o
é mico es an e (si ue a necesa io) pa a alcanza las condiciones de egene ación. P ime o,
de e mina emos con la exp esión (3-25) el calo es an e que necesi amos apo a :
Re ige ación sola con desecan es. Análisis de sis emas y simulación con EES
65
- Va iables de en ada:
m: Caudal másico de la co ien e de egene ación (kg/s)
CP: Calo especi ico de la co ien e de egene ación (W/kg ºC)
Te : Tempe a u a del luido io a la en ada de la calde a de gas na u al (ºC)
T s: Tempe a u a del luido io a la salida de la calde a ( emp a u a de salida de la co ien e
de egene ación en las condiciones inales de egene ación, 65ºC, pun o 8, Figu a 49)
- Va iables de salida:
Q: Calo necesa io (W)
𝑄 =𝑚∙𝐶𝑝∙(𝑇𝑓𝑠 −𝑇𝑓𝑒)
(3-25)
Conocida la po encia é mica a apo a , de e mina emos el gas o de combus ible que necesi a emos
ap a apo a es a demanda é mica(3-26) :
- Va iables de en ada:
PCI: Pode calo í ico in e io del combus ible (J/m3)
Q: Calo necesa io (W)
η: Rendimien o de la calde a
- Va iables de salida:
m : Caudal de combus ible (m3/s)
𝑄 =𝜂∙𝑚𝑓∙𝑃𝐶𝐼
(3-26)
3.3 Modelización del Sis ema
Con la de inición de las ecuaciones de cada componen e del sis ema, conociendo sus a iables de
en ada y salida p ocedemos a in eg a los en la con igu ación elegida, en nues o caso, una
aplicación del ciclo de Penning on con apo e de ene gía pa a la egene ación median e una
ins alación sola é mica a baja empe a u a y una calde a de gas na u al (Figu a 49). En el ciclo de
Penning on, la co ien e de ai e ambien e de en ada (Pun o 1), su i á un p oceso de
deshumidi icación en la ueda desecan e, iéndose aumen ada su empe a u a (Pun o 2). T as el
p oceso de deshumidi icación, en ia emos de mane a sensible en un in e cambiado de calo , pa a
Re ige ación sola con desecan es. Análisis de sis emas y simulación con EES
66
educi su empe a u a a humedad cons an e (en iamien o sensible, pun o 3) pa a así acondiciona la
co ien e al e ige ado e apo a i o di ec o, el cual, po con ac o di ec o con agua, educi á su
empe a u a has a alcanza una humedad ela i a del 90% (Pun o 4). Es a co ien e se suminis a á en
el ecin o a acondiciona pa a comba i la ca ga del mismo
Figu a 50: Diag ama psicomé ico
La co ien e de e o no (Pun o 5) la cual se conside a siemp e cons an e a las condiciones in e io es
del ecin o se en ia á de mane a sensible y la en e en o o e apo ado di ec o has a las condiciones
del pun o 6 (90% humedad). En es e pun o, se i á como co ien e ía que in oducida en el
in e cambiado , e ige a á la co ien e del pun o 2 an e io men e desc i a. Sald á de es e
in e cambiado a una mayo empe a u a (pun o 7) pe o no su icien e pa a suminis a las
condiciones de egene ación pa a la ueda. Po ello, necesi a emos el apo e de ene gía ex a
p opo cionado po el in e cambiado sola (pun o 8’) y la calde a de gas na u al (pun o 8,
condiciones inales de egene ación)
3.4 Desc ipción del so wa e
Pa a la esolución del sis ema nos apoya emos en el so wa e EES pa a la esolución del ciclo
p incipal y u iliza emos una in eg ación ei e a i a en Excel solo pa a el dimensionado del depósi o,
campo sola y calde a, es deci , los sis emas auxilia es de ene gía
3.1.1 Modelización del ciclo en EES
Conocidos los da os de pa ida del sis ema, calcula emos cada pun o del ciclo de Penning on en
unción de la empe a u a y humedad ex e io dada. Conside a emos que el ho a io de abajo se
si úa en la anja ho a ia de 8:00 a.m. a 20:00 p.m.
Re ige ación sola con desecan es. Análisis de sis emas y simulación con EES
67
Figu a 51: Compilación del p og ama
El código del p og ama se mues a en el anexo (7.1 P og amación en EES). En es e código se
elaciona án odas las a iables de en ada y salida especi icadas en 3.2 Modelo de componen es
dejando como a iables de en ada po abla pa amé ica las condiciones ex e io es (pun o 1) (Figu a
52). La compilación a oja un esul ado de 46 a iables con 44 a iables de inidas (Figu a 51)
3.1.2 Modelización de los sis emas auxilia es de ene gía en Excel
Pa a el dimensionado del campo sola y calde a auxilia , implemen amos una mac o de Excel
(Figu a 53) donde se ecogen odos los da os me eo ológicos empleados, el cálculo de la adiación
sob e supe icie inclinada necesa ia pa a ob ene el calo ú il del campo sola , el co ec o del ángulo
de incidencia de la adiación sob e los cap ado es, un esumen de la in o mación ob enida en el
p og ama EES sob e el ciclo simulado, el cálculo i e a i o pa a el depósi o de acumulación, el
dimensionado y gas o de combus ible de la calde a y po ul imo un esumen de las g á icas más
impo an es que esceni ican el compo amien o de nues a ins alación.
En p ime luga y con los da os me eo ológicos apo ados, calcula emos la co ección de la
adiación inciden e sob e supe icie inclinada. Pa a ello, conside a emos que la inclinación del
cap ado es de 40º y que la o ien ación del campo se si úa al su (0º). Emplea emos las ecuaciones
Re ige ación sola con desecan es. Análisis de sis emas y simulación con EES
68
desc i as en el apa ado 3.2.4.1 Dimensionado del Sis ema é mico sola conside ando solo el
in e alo ho a io de uncionamien o (8:00 a.m. - 20:00 p.m.)
Figu a 52: Valo es en ada en abla pa amé ica
De igual mane a, con los nue os da os de adiación, calcula emos el co ec o de ángulo de
incidencia (3-16) y (3-17) pa a co egi el ac o óp ico del cap ado . Finalmen e, con la ecuación de
calo ú il del campo de cap ado es de inida y la simulación po EES ealizada pa a conoce los
alo es de empe a u a en el ciclo, p ocede emos a dimensiona el depósi o de la ins alación:
En p ime luga , supond emos unas condiciones de pa ida: se ija el núme o de cap ado es que nos
p opo ciona an el á ea o al de cap ación, un caudal igual al caudal de ensayo de cada cap ado po el
núme o de cap ado es, lo que nos apo a a el caudal de la bomba empleado. Una empe a u a inicial
en el depósi o, cuyo olumen es p opo cional al á ea de cap ación. Y, po úl imo se calcula el Cmin
del in e cambiado que conec a el ci cui o de egene ación con el campo sola . Una ez
de e minados es os da os de pa ida, p ocedemos a calcula en la p ime a ho a de uncionamien o del
p ime día de agos o, el calo que nues o campo sola es capaz de da . Disponemos de la
empe a u a de en ada de la co ien e de egene ación, además de la empe a u a de en ada del agua
del acumulado , la cual hemos p e ijado al inicio de la i e ación. Con es os da os y conociendo el
endimien o del in e cambiado , ob enemos el calo apo ado a la co ien e de egene ación. Con
es e calo , de ini emos la co ien e de salida de nues o in e cambiado , su empe a u a, que se á la
empe a u a de en ada al campo de cap ado es. Co egida la adiación sob e supe icie inclinada y
calculado el ac o de co ección po ángulo de incidencia pa a el ac o óp ico, calcula emos el calo
ú il cap ado po el campo de cap ado es median e la ecuación (3-11) en la p ime a ho a del día del
p ime día de agos o, ya que ambién conocemos la empe a u a ambien e en ese, co espondien e a
la misma empe a u a inicial de los da os me eo ológicos empleados en el so wa e EES. Con es e
Re ige ación sola con desecan es. Análisis de sis emas y simulación con EES
69
calo ú il, podemos ob ene el alo de la empe a u a a la salida del campo de cap ado es, es deci ,
la co ien e de en ada al acumulado queda de inida. Con la co ien e de en ada y de salida del
acumulado , podemos calcula la e olución de empe a u a en el mismo en el in e alo de iempo de
una ho a. Con es e nue o alo de la empe a u a del depósi o, epe i emos odo el p oceso an e io ,
sucesi amen e, pa a cada ho a y día del mes.
Figu a 53: P og ama Excel
De inido el calo apo ado en el in e cambiado g acias a la Cmin y su e iciencia, se calcula la
empe a u a de salida de la co ien e de egene ación y calcula el apo e de la calde a de gas na u al
pa a alcanza los alo es es ablecidos pa a egene a la ueda desecan e (65ºC).
Pa a dimensiona la calde a de gas na u al, solo debe emos de añadi la ecuación de diseño de inida
en el pun o 3.2 (3-25) e iguala la al calo que aún se necesi a apo a a la co ien e pa a alcanza las
condiciones de egene ación. Así, ob end emos el caudal de combus ible necesa io a alimen a ,
eniendo en cuen a el endimien o é mico de la calde a
70
4 ESTUDIO DE CASOS Y ANÁLISIS DE
RESULTADOS
4.1 In oducción
En el siguien e pun o se aplica án los modelos p ediseñados en el apa ado 3, con el in de
modeliza el sis ema implemen ado en el ejemplo académico en un caso eal en la p o incia de
Se illa y en el mes de agos o. Pa a ello se disponen de da os ho a ios de empe a u a seca, adiación
y humedad pa a cada día del mes. En unción de los esul ados ob enidos, analiza emos las dis in as
conclusiones y limi aciones de la ecnología aplicada
4.2 De inición del caso de e e encia
La ins alación se encuen a en Se illa (la i ud 37º), omando como e e encia el mes de agos o pa a
la simulación. El ho a io de uncionamien o de la ins alación es de 8:00 am a 20:00 p.m. Las
condiciones en el in e io del local son 26 C y un 50% de humedad ela i a.
Figu a 54: Diag ama psic omé ico del ciclo
Las condiciones elegidas pa a la simulación del ciclo son las siguien es:
Re ige ación sola con desecan es. Análisis de sis emas y simulación con EES
71
Humedad y empe a u a ambien es ex e io : Da os me eo ológicos Me eonom
E iciencias Ju inak: 0.05 y 0.95 espec i amen e
E iciencia in e cambiado de calo : 0.85
E iciencia e ige ado e apo a i o di ec o 0.9
E iciencia calde a gas na u al: 0.8
PCI gas na u al empleado: 42000 kJ/kg
Caudal co ien e de p oceso: 8750 m3/h
Caudal co ien e egene ación:7500 m3/h
A lo la go del ciclo, se conside a á una p esión cons an e de 1 a m (101,325 kPa). El diag ama
psicomé ico del p oceso se mues a en la Figu a 54.
Los pa áme os ca ac e ís icos de la ins alación de ene gía sola son los siguien es:
Á ea e ec i a de cap ación: 1,5 m2/cap ado
Fac o óp ico FR(τα)n=0.85
Fac o de pé didas FRUL=4.8 W/m2ºC
Caudal especí ico del cap ado (G)=0.015 kg/m2
Nume o de cap ado es empleados: 150
Conexión cap ado es: Pa alelo
Volumen del depósi o (li os) = Á ea o al de cap ación * 75
Mc=M = Caudal especi ico bomba
Coe icien e global de pé didas del depósi o=0,5 W/ºC
Tempe a u a sala de máquinas: Cons an e a 20 g ados
Figu a 55: Diag ama del ciclo de Penning on simulado
El es udio se pa icula iza en el ciclo de Penning on (Figu a 55) en el cual, se de inen odos los
pun os a a a en es e sis ema: El pun o 1, o condiciones del ai e ambien e a la en ada del amal de
Re ige ación sola con desecan es. Análisis de sis emas y simulación con EES
72
p oceso; el pun o 2, que conside a las condiciones de la co ien e de p oceso as pasa po la ueda
desecan e. El pun o 3, as su i un p oceso de p e en iado en el in e cambiado de calo ; El pun o
4, el cual eúne las ca ac e ís icas de la co ien e conseguidas as su paso po el e ige ado
e apo a i o di ec o; Las condiciones de e o no del ecin o, que se conside an iguales a las
es ablecidas en su in e io (pun o 5); las condiciones de la co ien e de egene ación as su paso po
el e ige ado e apo a i o di ec o (pun o 6); Las condiciones de dicha co ien e as su i un
p ecalen amien o en el in e cambiado de calo que c uza es a co ien e con el amal de p oceso al
sali de la ueda (pun o 7). Las condiciones de la co ien e de egene ación as su paso po el
in e cambiado que ele a la empe a u a de mane a sensible median e un in e cambiado conec ado
a un campo sola (pun o 8’) y, po úl imo, las condiciones de egene ación es ablecidas po la ueda
y alcanzadas po la ayuda de una calde a de gas na u al (pun o 8).
4.3 Resul ados caso de e e encia
- Análisis de empe a u a y humedad – Ramal de p oceso: A endiendo a las g á icas del día ipo
(día 5), se mues an las di e en es empe a u as del ciclo en el amal de p oceso (Tempe a u as 1, 2,
3 y 4) con el in de apo a una idea del sal o é mico a ealiza po la ins alación.
En la Figu a 56 se mues a la di e encia de empe a u a en e el ambien e y el ecin o acondicionado
pa a odo el mes simulado. Es a di e encia de empe a u a es la que ac ualmen e suple el sis ema
con encional empleado. Como a oja án las conclusiones siguien es en é minos de ca ga y
consumo, pa a las es p ime as ho as del día e incluso la ho a inal las condiciones de empe a u a
en el ex e io del edi icio son pa ejas a la empe a u a del ecin o, oscilando en e los 22 y 30 ºC.
Aho a bien, si compa amos la empe a u a de ecin o con la empe a u a de la co ien e apo ada al
mismo po nues a unidad de a amien o de ai e (T4) la cual se man iene ija a 19 g ados, (Figu a
57) se obse a que la empe a u a es in e io a la eque ida po la ca ga, ya que es a equie e de un
apo e a 26 ºC.
Es o sumado a las condiciones de humedad ela i a del 90% que p opo ciona el e apo ado (Figu a
58) (humedad absolu a (kg de H2O/kg ai e seco) de 0,008 – 0,009 en e a los 0,0105 del ecin o)
nos deja en e e que suminis a emos un caudal de e ige ación que no solo supond á un ali io al
sis ema con encional si no que es a á apo e ene gé ico a supli po el sis ema con encional.
Obse ando las empe a u as in e medias, se comp ueba cómo as el p oceso de deshumidi icación
(la co ien e de ai e ex e io educe su humedad absolu a (kg de H2O/kg ai e seco) de alo es
comp endidos en e 0,008 – 0,009 a 0,003 – 0,005) la empe a u a su e un sal o sensible (T2) de
al ededo de 20 g ados, has a alcanza la ci a de 44 – 48 g ados cen íg ados, lo que nos deja e que
nues o sis ema de deshumidi icación po ueda es lo su icien emen e obus o como pa a o o ga una
empe a u a de salid p ác icamen e cons an e en e a la a iabilidad de la empe a u a ambien e
ex e io .
Re ige ación sola con desecan es. Análisis de sis emas y simulación con EES
73
Figu a 56: Tempe a u a ambien e ex e io y empe a u a del local
Figu a 57: Tempe a u a salida; deshumidi icado (T2), in e cambiado (T3) y e apo a i o (T4)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
1101 201 301 401
Tempe a u a (ºC)
Ho as o ales ope a i as del mes de Agos o
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Tempe a u a (ºC)
Ho a io ope a i o del sis ema (8:00 - 20:00)
T1 T2 T3 T4
Re ige ación sola con desecan es. Análisis de sis emas y simulación con EES
80
La co ien e de p oceso, as su paso po la ueda desecan e aumen a su empe a u a has a el
in e alo de las 45 – 55 g ados cen íg ados. Es aquí donde ap o echando la co ien e ex aída del
ecin o y en iada en un e ige ado e apo a i o di ec o (pun o 6), ecupe amos el calo de la
co ien e del pun o 2, pa a p ecalen a la co ien e del pun o 6 has a las condiciones del pun o 7. Si
obse amos la Figu a 66, podemos comp oba cómo ope a nues o in e cambiado de calo , que
debido a las condiciones homogéneas a la salida del e ige ado e apo a i o di ec o del pun o 6,
ob enemos una co ien e de salida ía en el pun o 3 a una empe a u a cons an e de 25 g ados
cen íg ados. En é minos caló icos, es e in e cambiado es capaz de ecupe a una acción
impo an e de ene gía de la co ien e de p oceso en el pun o 3, la cual se mues a en la Figu a 68 y
e alua emos más adelan e analizando el amal de egene ación.
En la Figu a 67 se mues a como es a co ien e es abilizada en el pun o 3, as su paso po el
in e cambiado de calo , se en ía has a el in e alo de 12 – 14 g ados de mane a cons an e en el
e ige ado e apo a i o di ec o, ob eniéndose las condiciones de salida del pun o 4 que se apo an
di ec amen e al ecin o pa a comba i la ca ga es ablecida
Figu a 68: Calo sensible ecupe ado po el in e cambiado de calo . Agos o
T as analiza las condiciones de la co ien e de p oceso en e los pun os 1, 2, 3, 4 ob enemos una
isibilidad de la ecnología empleada (pun os 1 – 2, ueda desecan e, pun os 2-3 in e cambiado de
calo sensible, pun os 3-4 e ige ado e apo a i o di ec o) llegando a la conclusión de que nues o
sis ema, a pesa de la a iabilidad en las condiciones de la co ien e de ai e en el ex e io , es capaz
de amolda se sin p oblema pa a abaja en alo es p ác icamen e cons an es du an e odo el
p oceso, asegu ando el suminis o de la co ien e en el pun o 4 en condiciones homogéneas du an e
odo el mes de Agos o, pa a comba i la ca ga é mica del ecin o.
Conside ando el amal de ai e de egene ación, comenza emos e aluando el e ige ado
e apo a i o di ec o si uado en e los pun os 5 – 6 del ciclo. Pa a ello nos ald emos de la Figu a 70
pa a analiza el compo amien o de la empe a u a en al co ien e de egene ación a su paso po es e
equipo. Tal y como puede obse a se, las condiciones en el pun o 5, conside adas cons an es e
iguales a la empe a u a acondicionada en el in e io del ecin o (26 ºC y 50% de humedad ela i a)
0,00
50,00
100,00
150,00
200,00
250,00
300,00
Q sensible ecupe ado (kW)
Agos o - ho as de uncionamien o
Re ige ación sola con desecan es. Análisis de sis emas y simulación con EES
81
su en un descenso cons an e has a la empe a u a de 19,4 C debido a la homogeneidad del equipo
e apo a i o y a la igualdad de condiciones a la en ada del mismo
Figu a 69: Ciclo de Pennig on p opues o
Figu a 70: Tempe a u as e apo a i o di ec o; en ada (T5) s salida (T6). Agos o
En la Figu a 71, podemos comp oba (y como adelan amos en el amal de p oceso) el
compo amien o de la co ien e de egene ación a su paso po el in e cambiado de calo (pun os 6 –
7).En es e pun o, la co ien e de egene ación necesi a aumen a su empe a u a de o ma sensible
pa a alcanza las condiciones eque idas pa a deshumidi ica la ueda desecan e (65 ºC) y pa a ello,
an es de in oduci lo en nues o sis ema sola – calde a, ecupe a emos el calo de la co ien e de
p oceso, la cual ha su ido un inc emen o conside able en su empe a u a (20 – 25 ºC) as su paso
po la ueda desecan e. El calo ecupe ado po el in e cambiado se mues a en la Figu a 68, el cual
cómo podemos obse a en base ho a ia pa a odo el mes de agos o, asciende a un alo ap oximado
de 200 kW po cada ho a de uncionamien o del equipo, lo que nos pe mi e inc emen a la
empe a u a de la co ien e de egene ación a las condiciones del pun o 7 (35 – 45 ºC) minimizando
15
20
25
30
15 20 25 30
T6 (ºC)
T5 (ºC)
Re ige ación sola con desecan es. Análisis de sis emas y simulación con EES
82
el sal o é mico sensible a apo a po nues o sis ema sola – calde a. Además, conseguimos educi
la empe a u a de en ada al e ige ado e apo a i o di ec o en el amal de p oceso al alo
ap oximado de 25 ºC, como obse amos en la an e io Figu a 66.
Figu a 71: Tempe a u a in e cambiado de calo ; en ada (T6) s salida (T7). Agos o
Figu a 72: Tempe a u as in e cambiado sola ; en ada (T7) s salida (T8’). Agos o
Con la co ien e de egene ación p ecalen ada y en las condiciones alcanzadas en el pun o 7,
p ocedemos a e ec ua el úl imo calen amien o sensible de la misma pa a alcanza las condiciones de
egene ación; pa a ello, e ec uamos un calen amien o sensible en dos e apas. En la Figu a 72, el
campo sola p opues o de 150 placas y depósi o de acumulación consigue ele a la empe a u a de la
co ien e de egene ación has a los 57 ºC de mane a ap oximada. Es de ap ecia cómo, a pesa de la
a iabilidad de la empe a u a a la en ada del mismo (35 – 45 g ados en el pun o 7) el sis ema es lo
15
20
25
30
35
40
45
50
15 20 25 30 35 40 45 50
T7 (ºC)
T6 (ºC)
30,0
35,0
40,0
45,0
50,0
55,0
60,0
65,0
70,0
30 35 40 45 50 55 60 65 70
T8' (ºC)
T7 (ºC)
Re ige ación sola con desecan es. Análisis de sis emas y simulación con EES
83
su icien emen e obus o y homogéneo como pa a apo a una co ien e de salida cons an e en las
condiciones del pun o 8’, en el en o no de los 57 ºC. En la Figu a 73 se obse a el sal o inal de
empe a u a ealizado po la calde a de gas na u al auxilia , que consigue lle a las condiciones del
pun o 8’ a las condiciones inales de egene ación (65 ºC). El gas o asociado de es a calde a
conside ándose un endimien o de la misma del 80% así como un PCI del combus ible de 42000
kJ/kg se ep esen a en la Figu a 74. Como puede comp oba se, el gas o ho a io es bas an e
homogéneo ya que el sal o é mico a ealiza es se man iene p ác icamen e cons an e pa a odo el
mes, al ededo de 2,3 – 2,5 kg de gas na u al po ho a. Es o es debido a la solidez del sis ema sola
diseñado, que pe mi e alcanza las condiciones de empe a u a en el pun o 8’ a pesa de la
a iabilidad de las condiciones a la en ada.
Figu a 73: Tempe a u a en ada calde a (T8’) s empe a u a de egene ación (T8). Agos o
Figu a 74: Consumo mensual de gas na u al (kg/h) po la calde a auxilia . Mes de agos o
50
55
60
65
70
50,0 55,0 60,0 65,0 70,0
T8 (ºC)
T8 (ºC)'
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
0100 200 300 400
Gas o gas na u al (kg/h)
Ho as ope a i as mes agos o
84
5 RESUMEN Y CONCLUSIONES
5.1 Resumen
Se ha ealizado un es udio sob e los p incipales mé odos de e ige ación e apo a i a, incluyendo un
es ado del a e sob e el desa ollo de la écnica y líneas de in es igación ac uales, una clasi icación
sob e los p incipales ciclos de e ige acion e apo a i o desecan es y un escue o esumen sob e o as
ins alaciones y écnicas al e na i as.
Se han desa ollado modelos pa a cada uno de los equipos componen un sis ema de e ige ación
con desecan es; ueda desecan e, in e cambiado de calo , e ige ado e apo a i o di ec o, calde a
de gas na u al y sis ema sola é mico con depósi o. Los modelos es án basados en balances de masa
y ene gía y en sus ecuaciones ca ac e ís icas, es ableciendo las a iables de en ada y salida a cada
uno de los equipos.
Se ha alizado la simulación de su compo amien o empleando el so wa e EES y mac os de Excel
pa a el mes de agos o, conside ando un ho a io de abajo de 12 ho as dia ias (8:00 a 20:00).
Se ha modelado una ins alación de una unidad de a amien o de ai e (UTA) en la p o incia de
Se illa empleando como base el ciclo de Penning on con el in de ealiza un análisis compa a i o
en e la UTA y el sis ema con encional de e ige ación.
Figu a 75: Ciclo de Penning on
Re ige ación sola con desecan es. Análisis de sis emas y simulación con EES
85
5.2 Conclusiones
La unidad de a amien o de ai e no solo comba e la ca ga del ecin o de mane a di ec a, sino que
p esen a una obus ez y uncionamien o en e a la a iabilidad de las condiciones ambien ales que
le pe mi e suminis a al ecin o unos alo es de empe a u a y humedad an bajos que asegu an la
no u ilización del sis ema con encional du an e odo el pe iodo de uncionamien o.
El in e cambiado de calo si uado as la deshumidi icación de la co ien e de en ada consigue
a empe a la co ien e de p oceso en o no a los 24,5 C, lo que pe mi i ía inco po a un bypass y
u iliza di ec amen e es a co ien e en el ecin o, minimizando el consumo de agua en el e apo a i o
di ec o y aumen ado el COP (Figu a 76)
Figu a 76: Bypass si uado en el e ige ado e apo a i o di ec o del amal de p oceso
En é minos de COP, el consumo de los dos en ilado es, la bomba de impulsión del sis ema sola
é mico y la calde a, en e al aho o ene gé ico que supone la UTA, no penalizan de mane a
excesi a el COP de la ins alación.
En el sis ema sola é mico, los cap ado es ope an con un endimien o medio supe io al 30%,
penalizado po la al a empe a u a de en ada del luido io al campo de cap ado es, de i ado del
uso de un depósi o de acumulación a una empe a u a de 60ºC.
Se ha seleccionado una empe a u a al a en el depósi o pa a minimiza el consumo de la calde a
auxilia de gas na u al, p io izando la ans e encia en el in e cambiado de calo sola .
Pa a e alua el endimien o de la ins alación se han de inido dos endimien os e e idos a la ca ga
sensible y la en e de en ilación
η sensible = 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑠𝑒𝑛𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒 𝑣𝑒𝑛𝑡𝑖𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛sin𝑈𝑇𝐴
𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑠𝑒𝑛𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒 𝑣𝑒𝑛𝑡𝑖𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛con𝑈𝑇𝐴
(5-1)
η la en e = 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑙𝑎𝑡𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑣𝑒𝑛𝑡𝑖𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛sin𝑈𝑇𝐴
𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑙𝑎𝑡𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑣𝑒𝑛𝑡𝑖𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛con𝑈𝑇𝐴
(5-2)
Los alo es ob enidos pa a es os endimien os son de 2,86 y 3,93 espec i amen e, debido
Re ige ación sola con desecan es. Análisis de sis emas y simulación con EES
86
undamen almen e a las condiciones del ai e ob enidas a la en ada del ecin o, que es capaz de
comba i la ca ga sensible y la en e del local en el mes es udiado.
Los esul ados ob enidos mues an que desde un pun o de is a ene gé ico, el ciclo de Penning on es
una opción in e esan e pa a se aplicada como unidad de a amien o de ai e en la edi icación.
87
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