Aire seco - Munideporte

Departamento de Formación
formacion.iad.ctcd@juntadeandalucia.es
DOCUMENTACIÓN
200607101
APLICACIÓN DE LAS ENERGÍAS RENOVABLES
EN LAS INSTALACIONES TÉRMICAS DE
PISCINAS CUBIERTAS
Dimensionamiento de las instalaciones
***
JUAN CARLOS DURÁN
Director Andalucía de Sedical
Sevilla
3 de noviembre de 2006
13 Deshumidificadoras
El aire
Composición del aire
En la parte baja de la Troposfera, hasta unos 6 km, la
composición del aire se mantiene casi invariable siendo
una mezcla de aire seco, vapor de agua y elementos en
suspensión (polvo, humos, bacterias, etc.)
Aire seco
El aire seco es una mezcla de diversos gases con la
composición normalizada (DTIE 3.01) siguiente:
DTIE: Documentos Técnicos de Instalaciones en la Edificación
Composición del Aire Seco Atmosférico
Sustancia
Nitrógeno
Oxigeno
Argón
Anhídrido carbónico
Hidrógeno
% en volumen
Sustancia
% en volumen
78,084
Neón
0,001818
20,9476
Helio
0,000524
Anhídrido sulfuroso
0,000208
0,934
0,0314
0,00005
Aire húmedo
Composición: Aire seco + vapor de agua.
Metano
0,0002
Xenón, Kriptón y otros
0,0002
23 Deshumidificadoras
Aire húmedo
Aire seco
Oxígeno
O2
Nitrógeno
N2
Gases
nobles
Misma proporción de sus
constituyentes básicos
Aire húmedo
Vapor de agua
Aporte variable f (ΔPv)
Ejemplo:
Aire a 22 °C/60% Hr
a nivel del mar
contiene 9,9 g/kg as
33 Deshumidificadoras
Condiciones del aire húmedo
de
enta
lpía
Diagrama psicrométrico
re c
ción
Presión barométrica: 101,32 kPa
0 m sobre el nivel del mar
rv
Cu
e
d
a
s
Co r
h (kJ/kg as)
ión
c
ra
atu
Temperatura seca
Tr
Th
Ts
ve (m³/kg as)
Contenido de humedad
g de agua / kg de aire seco
Zo
so n
br a d
es e
at air
ur e
a
do
Zo
Ai
na
Φ
re
(10
d
0%
)
e
hú
m
Φ
ed
(%
)
o
Humedad relativa %
W (g/kg as)
12 Definiciones
• Temperatura seca (Ts): Temperatura que registra un termómetro ordinario (°C BS)
• Temperatura húmeda (Th): La temperatura que indica un termómetro cuyo bulbo
está cubierto por una mecha húmeda y expuesto a una corriente rápida de aire.
(°C BH)
• Temperatura de rocío (Tr): La temperatura a la cual empieza la condensación de
humedad cuando el aire se enfría.
• Entalpía (h): Cantidad de calor contenida en el aire, contada a partir de los
0 °C (kJ/kg as; kcal/kg as)
• Corrección de entalpía (Δh): Cualquiera que sea la temperatura considerada, la
entalpía arriba mencionada se da en saturación. Para el aire no saturado, se tendrá
que corregir utilizando la línea de corrección de entalpía, en casos en los que sea
necesaria una gran precisión. En casos normales de acondicionamiento de aire se
puede prescindir de dicha corrección. Igual que la entalpía, viene expresada en
kJ/kg as, o kcal/kg as.
• Volumen específico (ve): Los m³ de aire húmedo que corresponden a 1 kilo de aire
seco (m³/kg as)
• Kilos de aire seco (kg as): Constituyen la base de todos los cálculos psicrométricos,
y permanecen constantes durante todos los procesos. La temperatura seca, húmeda
y de rocío y la humedad relativa están relacionadas en forma tal que cuando se
conocen dos de ellas se pueden determinar las restantes. Cuando el aire está
saturado las temperaturas seca, húmeda y de rocío, son iguales.
22 Definiciones
• Humedad específica o contenido de humedad (W): Es el número de gramos de
vapor de agua por kilo de aire seco (g/kg as).
• Humedad relativa Hr% (Φ): Relación de la presión parcial del vapor de agua
contenido en el aire (Pv) y la presión parcial de saturación (Pvs) a la misma
temperatura.
Φ (%) = 100
(
Pv
Pvs
)
Ts=cte
Para las temperaturas (0 ÷ 40 °C) que se utilizan en aire acondicionado:
Φ (%) ≈ 100 GS = 100
GS: Grado de saturación
Ws: Contenido de humedad en saturación
Ts: Temperatura de bulbo seco
(
W
Ws
)
Ts=cte
15 Deshumidificadoras. Balance de la deshumidificación
27°C / 65% Hr
25 °C
Daw
Aporte de agua si la humedad absoluta exterior es superior a la interior
25 Deshumidificadoras. Balance energético del agua
Convección
Evaporación
680 Wh/kg vapor
25 °C
Daw
~ 770
Wh/kg
vapor
Transmisión
iac
d
Ra he
c
No
ión ía
D
Superficie
acristalada
27°C / 65% Hr
Red
~10 °C
10°C
(2)
(1)
~17,4 Wh/kg vapor
Renovación: 2 ÷ 5 % del volumen del vaso al día
(1) El suplemento medio de energía que aportamos es: 770 – (680 + 17,4) ≈ 73 Wh/kg vapor
(2) El RITE permite el empleo de energía convencional solamente en piscinas situadas en
locales cubiertos (ITE 10.2.1.1)
35 Deshumidificadoras. Balance energético del aire
Invierno
0°C
José Garrido / Oct 2003
27°C / 65% Hr
25 °C
Daw
(1)
M
(1) El RITE permite el empleo de energías convencionales solo para contrarrestar las
pérdidas de calor y calentar el caudal mínimo de ventilación (ITE 10.2.1.3)
45 Deshumidificadoras. Balance energético del aire
Verano
35°C
≈ 37°C / 65% Hr
25 °C
Daw
M
Tª ext. < tª int. > 27°C: Ventilación máxima posible
55 Deshumidificadoras. Balance energético del aire
Verano
40°C
28÷30°C / 65% Hr
Superficie
acristalada
25 °C
Daw
M
113 Deshumidificadoras. Consideraciones en el cálculo de las
necesidades de deshumidificación
Î La cantidad de agua a eliminar será igual a la cantidad de agua aportada al
aire en las condiciones nominales
Agua aportada al aire...
... del vaso de la piscina, en función de:
Î La diferencia de presión parcial del vapor de agua en saturación en la
superficie del agua f (tª agua), y en el ambiente. En el cálculo empírico se
utiliza la diferencia del contenido de humedad en la superficie del agua y
en el aire ambiente, ambos en las condiciones de trabajo.
Î La superficie del vaso de la piscina.
Î La agitación del agua (número de personas y actividad).
Î La velocidad del aire en la superficie del agua.
Î Las proyecciones de agua al exterior del vaso
Î ... de las personas (secado, transpiración y respiración).
Î ... del aire exterior de renovación (verano en zonas costeras, húmedas y cálidas).
213 Deshumidificadoras. Consideraciones en el cálculo de las
necesidades de deshumidificación
La cantidad de agua a eliminar será igual a la cantidad de agua
aportada al aire en las condiciones nominales
27°C / 65% Hr
25 °C
313 Deshumidificadoras. Consideraciones en el cálculo de las
necesidades de deshumidificación en función de la ΔPv entre el
aire en la superficie del agua y el aire ambiente
Aire a 27°C / 65% Hr
(Pv = 2,31 kPa)
Aire a 25 °C / 100% Hr
(Pv = 3,16 kPa)
26 °C
25°C
Pv (kPa)
10
0%
Presión parcial de vapor
w (gr/kg as)
%
65
3,36
3,16
21,35
20,08
Δw
ΔPv
15,47
14,57
2,45
2,31
25 26 27 28
°C
Evaporación = f (ΔPv)
413 Deshumidificadoras. Consideraciones en el cálculo de las
necesidades de deshumidificación en función de la superficie
del vaso de la piscina
S (m²)
513 Deshumidificadoras. Consideraciones en el cálculo de las
necesidades de deshumidificación en función de la agitación
del agua (número de personas y actividad)
Máximo:
Máximo: 0,1
0,1 aa 0,2
0,2 personas/m²
personas/m² (10
(10 aa 55 m²/persona)
m²/persona)
613 Deshumidificadoras. Consideraciones en el cálculo de las
necesidades de deshumidificación en función de la velocidad
del aire
NO
V < 0,12 m/s
ITE 10.2 (Comentarios al RITE)
713 Deshumidificadoras. Consideraciones en el cálculo de las
necesidades de deshumidificación en función de las
proyecciones de agua al exterior y superficie de playa
Salpicaduras
Zona de playa
mojada
Zona de playa
mojada
813 Deshumidificadoras. Consideraciones en el cálculo de las
necesidades de deshumidificación en función de las personas
(secado, transpiración y respiración)
Respiración en reposo
(0,1 kg/h persona)
Secado
Transpiración
Secado:
• Número de personas en la playa (N): 5% de la superficie de la lámina de agua (Sw)
N = 0,05 x Sw
• Superficie media del cuerpo de una persona: 1,7 m² (1,8 para hombres y 1,6
para mujeres)
Superficie de secado Sp = 1,7 N = 1,7 x 0,05 x Sw = 0,085 Sw
• Temperatura media cuerpo húmedo: 35 °C
913 Deshumidificadoras. Consideraciones en el cálculo de las
necesidades de deshumidificación del aire exterior de
renovación
Influencia de la temperatura y humedad del aire de renovación
El aire exterior de renovación aporta una cierta cantidad de agua que es función de su
temperatura y humedad relativa
Aire a 27 °C / 65% Hr ................................ 14,57 g/kg aire
Aire aprox. 20 °C / 99% Hr ....................... 14,57 g/kg aire
Con temperatura exterior ≤ 20 °C y cualquier humedad relativa, el aire exterior no aumenta
la humedad interior.
Con aire exterior de renovación a una temperatura > 20 °C, podemos aumentar o reducir la
humedad interior en función de la humedad relativa del aire exterior.
Resumen
Invierno (aire exterior ≤ 20 °C)
El aire de renovación favorece la deshumidificación
Verano (aire exterior > 20 °C)
El aire de renovación favorece o perjudica la deshumidificación en función de su
temperatura y Hr %
Todos los datos anteriores están dados para las condiciones nominales interiores, esto es:
• Aire ambiente interior: 27 °C / 65% Hr
• Instalación a nivel del mar
1013 Deshumidificadoras. Consideraciones en el cálculo de las
necesidades de deshumidificación
Influencia de la temperatura y humedad del aire de renovación
Psicrométrico
Presión barométrica: 101,32 kPa
0 m sobre el nivel del mar
1113 Deshumidificadoras. Consideraciones en el cálculo de las
necesidades de deshumidificación
Influencia de la temperatura y humedad del aire de renovación
Humedad relativa %
100 90 80 70 60 50
85
Temperatura seca:
Humedad relativa:
Entalpía:
Cont. de humedad:
Temp. húmeda:
Temp. de rocío:
Volumen específico:
Densidad del aire:
32 °C
68%
84,7 kJ/kg a.s.
20,52 g/kg a.s.
27 °C
25,4 °C
0,893 m³/kg a.s.
1,143 kg/m³
80
Aire
Aireexterior
exterior
75
Entalpia
kJ / kg de
aire seco
-10
-20
-15
-5
-10
5
0
10
15
24
22
20, 52
70
18
65
60
55
Aire
interior
16
14,57
50
45
Psicrométrico
Presión barométrica: 101,32 kPa
0 m sobre el nivel del mar
40
12
40
10
35
30
8
25
20
6
4
2
-5
0
5
10
15
20
25
Temperatura seca °C
30
35
40
45
Contenido de humedad g de agua / kg de aire seco
Ejemplo: Piscina en Valencia
Condiciones exteriores de proyecto
Aire exterior de renovación
1213 Deshumidificadoras. Consideraciones en el cálculo de las
necesidades de deshumidificación
Influencia de la temperatura y humedad del aire de renovación
Ejemplo: Piscina en Valencia
Dimensiones:
Ocupación máx.:
Aire exterior de renovación:
Condiciones interiores:
25 x 12 = 300 m²
60 personas
2.160 m³/h
Aire: 27 °C / 65% Hr, Wint = 14,57 g/kg as
Agua: 25 °C
Evaporación máx. interior:
69 kg/h
Sin otra consideración, la Daw se seleccionará para: 69 kg/h
Condiciones exteriores de proyecto para Valencia en verano
Aire exterior:
32 °C / 68% Hr
Wext = 20,52 g/kg as
ve = 0,893 m³/kg as
Humectación con el aire de renovación
2.160 m³/h x (20,52 - 14,57) g/kg as
0,893 m³/kg as
= 14.391,9 g/h = ~14,4 kg/h
En este ejemplo, la capacidad de deshumectación hay que aumentarla un 20,8%
(69 + 14,4 = 83,4 kg/h) si mantenemos las condiciones del aire interior a 27 °C / 65% Hr
1313 Deshumidificadoras. Consideraciones en el cálculo de las
necesidades de deshumidificación
Influencia de la temperatura y humedad del aire de renovación
En la práctica, dejando subir la temperatura del aire interior, por ejemplo a 28 °C
manteniendo el 65% Hr (Wint = 15,47 g/kg as) tenemos:
• La ΔPv se reduce, por tanto, disminuye la evaporación máxima interior a 57 kg/h
(en este ejemplo).
• La Δw entre el aire exterior e interior se reduce:
Δw = Wext – Wint = 20,52 – 15,47 = 5,05 g/kg as
2.160 x 5,05
Humectación exterior =
= 12.215 g/h = 12,2 kg/h
0,893
• La capacidad de deshumectación de la Daw aumenta ligeramente (~2%)
Necesidad de deshumectación: 57 + 12,2 = 69,2 kg/h
Conclusión
En este ejemplo, si dejamos que la tª interior en verano suba a 28 °C manteniendo la
misma humedad relativa (65%) no es necesario aumentar la capacidad de deshumectación
de la máquina, que será 69 + 2% = 70,4 kg/h.
En la práctica en verano, si se climatiza el ambiente se trabaja a una tª como mínimo de uno o
dos grados superior a la de invierno.
PARÁMETROS A CONTROLAR EN UNA PISCINA
-
Temperatura del aire
Humedad relativa del aire
Temperatura del agua
TEMPERATURA DEL AIRE
¿Qué influye para que ésta suba o baje?
- La temperatura exterior, fundamentalmente
- La transferencia con el agua del vaso por convección
- Las ganancias solares, por ocupación, luces…
HUMEDAD RELATIVA DEL AIRE
¿Qué influye para que ésta suba o baje?
- Sobre todo, la evaporación del agua del vaso de piscina
- Las aportaciones por evaporación y sudoración de ocupantes
- La humedad del aire exterior
TEMPERATURA DEL AGUA
¿Qué influye para que ésta suba o baje?
- Las pérdidas por evaporación
- Las pérdidas o ganancias por convección
- Las pérdidas por renovación de agua
- Las pérdidas por conducción a muros
CONCLUSIONES
NO HAY MEJOR ENERGÍA QUE LA QUE NO SE CONSUME
¿Cómo se consiguen ahorros energéticos importantes?:
ƒ Con una manta térmica:
• Una piscina con gente nadando evapora alrededor de 0,25
kg de agua/h/m2, y sin gente sigue evaporando algo
menos de la mitad, unos 0,10. O sea, o se cubre la lámina
de agua con manta o no se puede parar la instalación de
deshumectación NUNCA.
ƒ Con cerramientos bien aislados:
• Temperatura ambiente de entre 26 y 28 ºC, y largos
períodos de funcionamiento.
ƒ Con recuperadores de energía para el aire exterior
• Por las 2 mismas razones del punto anterior.
ƒ Con una instalación de control que permita:
• Implementar horarios de períodos de uso y de no
ocupación.
• Ajustar la renovación de aire exterior al nivel de
ocupación y de humedad interior.
• Conectar equipos sólo cuando son necesarios.
Empleo de energías renovables
ƒ Consideraciones sobre energía solar del CTE.
ƒ Estas instalaciones se pueden resolver con calor (BIOMASA) y
aire exterior.