Efecto de la velocidad del aire en el ritmo de evaporación de agua en albercas interiores.OPERACIONES UNITARIAS I I

VICTOR ARNALDO GALLARDO VALENCIA

19 DE SEPTIEMBRE DEL 2013

Efecto de la velocidad del aire en el ritmo de evaporación de agua en albercas interiores.

Autores:◦ M. Mogiham, Profesor.◦ A. Jodat, Estudiante.Revista: Iranian Journal of Mechanical Engineering.Volumen 8 No. 1Julio del 2007.12 paginas.

Indice. 1) Introducción.

2) Correlacion Matematica de la Evaporacion.

3) Examen de Cámara Experimental y Mediciones.

4) Discusiones y Resultados.

5) Coclusiones.

INTRODUCCION

El fenómeno de evaporación de agua es importante desde el punto de vista de transferencia de masa y calor en muchas aplicaciones como las albercas.

Es causado por dos procesos, evaporación forzada el flujo de aire que cruza por la superficie de agua y la evaporación causada por la diferencia de concentración en el aire en la zona pegada a el agua y el aires que lo rodea.

Muchos esfuerzos se hacen para predecir la correlación de la velocidad de evaporación. Las expresiones propuestas siempre son muy complicadas y se toman en cuenta los dos efectos, pero la mayoría son para albercas exteriores. Pocos hacen las predicciones para albercas en interiores.

El objetivo es investigar los efectos de los muchos parámetros como velocidad del aire, temperatura del agua y humedad relativa.

CORRELACION MATEMATICA DE LA VELOCIDAD DE

EVAPORACION.

Basado en muchas medidas experimentales, la correlación más utilizada es:◦ A) La diferencia de presión de vapor en la superficie del agua y el aire.◦ B) La velocidad del aire.

La forma más general de estas correlaciones empíricas es:

Esfuerzos son hechos para determinar los coeficientes C1 y C2 que resulta de múltiples parámetros como el área de agua y su forma.

Implica que la velocidad de evaporación no es una función linear de la diferencia de la presión de vapor.

Esto implica que la velocidad de evaporación puede relacionar un exponente de diferencias de presión de vapor:

Muchos utilizan n como constante. Es función de la velocidad del aire. El análisis dimensional de la energía convectiva y el proceso de evaporación y sus respectivas condiciones. La advección de la placa plana se rige con el número Re , la difusión es caracterizada por Pr y el Sc:

Los grupos dimensionales mencionados tienen un rol importante experimental y teóricamente en la investigación de la evaporación del agua. La definición de y

son usadas para la transferencia de masa y calor. La ecuación de la difusión binaria del vapor de agua en el aire es:

El coeficiente de transferencia es definido con analogías de transferencia de calor:

Donde las fracciones másicas de vapor de agua son calculadas en función de fracción mol del vapor X=PH2O/Patm:

La relación entre temperatura y presión saturada de vapor para los valores de temperatura usados en este estudio se calculan:

Aparte de los mecanismos antes dichos, existe una pequeña convección forzada que es determinada con:

Los valores de velocidad están entre 0.1 y 0.3 m/s entonces lo que nos dice que la convección forzada y libre es comparable. En este caso el Sherwood para operaciones convectivas mixtas es:

En las albercas de interiores las condiciones turbulentas del agua pueden ser generadas por el aire acondicionado y el Sherwood para régimen turbulentos para convección libre y convección forzada son definidos:

EXAMEN DE CAMARA EXPERIMENTAL Y MEDICIONES.

Las mediciones de evaporación de agua se llevaron a cabo en una cámara de prueba interna con dimensiones de 150 × 100 × 100 cm.

La laguna de evaporación de la cámara de ensayo fue de 25 cm de profundidad y tenían 5 calentadores eléctricos situados en la parte inferior y en las paredes para mantener agua a elevada temperaturas .

Las temperaturas del aire y del agua se mide por 8 termopares situados 1 cm bajo la superficie del agua y en diferentes puntos de la cámara espacio .

La humedad relativa se midió mediante 6 puntos de medición . El laboratorio tenía un aire controlado sistema de acondicionamiento de mantener el aire a temperatura constante y humedad relativa .

La temperatura del aire de entrada de la cámara de prueba se controló para mantener a 45 º C (basado en sistemas de aire acondicionado convencionales ).

La pérdida por evaporación del agua se midió mediante el método de Pauken [ 9 ] . En este método , la pérdida por evaporación de agua se determina mediante la conexión de la piscina evaporación a una cacerola pequeña que descansaba en una escala digital a través de un sifón.

Para medir la tasa de evaporación del agua de las superficies de contacto con el medio , la método de Tang y Etzion [ 4 ] fue utilizado .

Toallas blancas se estiraron en un denso panel de PVC perforado con el apoyo de piezas de poli estireno resistente al agua para hacer flotar las toallas en la superficie del agua del estanque

Cámara experimental.

DISCUSIONES Y RESULTADOS.

Como la pérdida de agua por evaporación es muy lenta, para una medición más acertada del peso de agua, las mediciones son basadas en hora y en intervalos de 12 horas. El análisis de los datos incluye las mediciones de las cantidades medidas por un periodo completo.

En la figura 2 se muestra los efectos de la temperatura y la velocidad del aire en la evaporación del agua:

La figura 3 muestra la comparación entre la evaporación en superficies de agua libre y de superficies mojadas para diferentes temperatura y velocidades.

A bajas velocidades la ropa mojada al tener mayor área superficial tiene una mejor evaporación; en cambio a mayores velocidades por la fricción entre el aire y el agua se genera una capa limite más pequeña.

La figura 4 muestra el efecto de la diferencias de presión vapor en la velocidad de evaporación de 3 velocidades del aire.

Para introducir la correlación de evaporación del agua en aire en movimiento de la ecuación 2, a una regresión no lineal:

El erro d es debido a la constante de proporcionalidad para el aparato

de medición.

Se demuestra que a mayor velocidad los valores n disminuyen.

Efecto de la velocidad del aire en la constante n.

Se muestra los valores de Shtotal/Shfree con respecto Shforce/Shfree dada la función:

Muestra una variación considerable existente en predicciones de correlación disponibles para la evaporación de agua en corrientes de aire. La mayor discrepancia es acerca de 20%.

CONCLUSIONES.

En las albercas de interiores debido a mucha evaporación de agua y la perdida por ventilación del aire de escape, correlación seguras para la predicción de evaporación y demanda de energía son necesarias.

Basado en los resultados, las siguientes conclusiones son sacadas:◦ El análisis de regresión muestra que las tasas de evaporación medidos tienen fuerte dependencia de la

velocidad del aire (número Re) y el número de Sherwood.◦ El mejor ajuste no lineal para medir datos indican tercera orden decreciente funcional relación entre el

exponente de la diferencia de presión de vapor y la evaporación del agua tasa.

GRACIAS POR SU ATENCION.