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Se quiere estudiar la posibilidad de mantener el aire de un recinto a 26 ºC y 50 % HR mediante enfriamiento evaporativo indirecto (EEI), estando el exterior a 35 ºC, 35 % HR y 90 kPa. Para ello se tomaría un gasto de aire exterior (estado 1), se le añadiría agua pulverizada hasta la saturación (estado 2), atravesaría un intercambiador de calor HX (estado 3), y se devolvería al exterior, mientras que por el HX se haría circular a contracorriente aire del recinto. Se pide:
a) Temperatura de salida del humidificador (T2), y humedad absoluta (w2).
b) Condiciones de salida del intercambiador (T3, 3) en el límite de área infinita.
c) Gasto mínimo de aire exterior para evacuar 5 kW del interior, y gasto de agua de aporte.
d) Esquema de la instalación y de los procesos en el diagrama psicrométrico.
e) Ventajas e inconvenientes que tendría este sistema frente a un sistema de aire acondicionado tradicional (AA), y frente a un enfriamiento evaporativo directo (EED) del aire interior mediante agua pulverizada.
Datos:

>	read`../therm_eq.m`:read`../therm_const.m`:read`../therm_proc.m`:with(therm_proc):with(plots):

>	su1:="Aire":su2:="H2O":dat:=[T0=(26+273.15)*K_,phi0=0.5,T1=(35+273.15)*K_,phi1=0.35,p0=90e3*Pa_,Q0=5e3*W_];

>	Adat:=get_gas_data(su1):Adat:=subs(c[p]=c[pa],R=R[a],M=M[a],T[b]=nada,[Adat]):Wgdat:=get_gas_data(su2):Wgdat:=subs(c[p]=c[pv],R=R[v],M=M[v],[Wgdat]):Wldat:=get_liq_data(su2):Wdat:=op(Wgdat),Wldat:get_pv_data(su2):dat:=op(dat),Const,SI2,SI1:

a) Temperatura de salida del humidificador (T2), y humedad absoluta (w2).

Nota. La HR del recinto no varía con con el enfriamiento evaporativo indirecto porque no hay intercambios másicos, solo energéticos.

Las condiciones del aire ambiente a la entrada y tras la saturación adibática serán:

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eq8_8;w1:=evalf(subs(dat,w(phi1,T1,p0)));eq8_11;h1:=subs(dat,Adat,Wdat,T=T1,dat,h(T,w1));eq12:='h1=h2';eq8_10;T2_:=fsolve(subs(dat,Adat,Wdat,T=T1,dat,SI0,h(T,w(phi1,T,p0)))=subs(dat,Adat,Wdat,T=T2,SI0,h(T,w(1,T,p0))),T2=200..400)*K_;'T2_'=TKC(%);w2:=subs(dat,w(1,T2_,p0));h2:=subs(dat,Adat,Wdat,T=T2_,dat,h(T,w2));

i.e. la corriente de aire exterior pasa de 35 ºC a 22,2 ºC por enfriamiento directo con el agua añadida, luego sí puede usarse para enfriar el aire del recinto a 26 ºC. La humedad absoluta de entrada es w1=14 g/kg y la de salida w2=19 g/kg.

b) Condiciones de salida del intercambiador (T3, 3) en el límite de área infinita.

Como el aire interior está a 25 ºC, el aire que entra al cambiador a 23,4 ºC lo más que podría calentarse es hasta esos 25 ºC

>	eq23:='w2=w3';T3=T0;T3_:=subs(dat,T0);'T3_'=TKC(%);w3:=w2;eq8_7;phi3:=subs(dat,phi(w3,T3_,p0));

i.e. en el límite, el aire exterior saldría a los 26 ºC del interior, con una HR del 80 %. En la práctica, con una eficiencia del HX del 70 %, el aire saldría a T3=T2+0,7·(T0-T2)=22,2+0,7·(26-22,2)=24,9 ºC.

c) Gasto mínimo de aire exterior para evacuar 5 kW del interior, y gasto de agua de aporte.

Despreciando el gasto de agua aportado:

>	eqHX:=Q0=ma*cpa*(T3-T2);ma_:=subs(Adat,dat,Q0/(c[pa]*(T3_-T2_)));mw:='ma*(w2-w1)';mw_:=ma_*(w2-w1);'mw_'=%*1000*g_/kg_;

i.e. hay que tomar como mínimo 1,3 kg/s de aire exterior (si el HX es pequeño, más), y añadir 7 g/s de agua pulverizada (25 kg/h). También habrá que recircular como mínimo esos 1,3 kg/s de aire interior para que pierda esos 5 kW.

d) Esquema de la instalación y de los procesos en el diagrama psicrométrico.

(Esquema de la instalación, arriba; es irrelevante que el HX esté dentro o fuera del recinto (salvo por las pequeñas ganancias térmicas).

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eq8_9;T1dew_:=solve(subs(dat,pv(T)=phi1*pv(T1)),T);'T1dew_'=TKC(%);w0:=evalf(subs(dat,w(phi0,T0,p0)));To:=273.15:pl:=plot(subs(dat,SI0,[[w(1,T,p0),T-To,T=273..323],[[w1,T1-To],[w2,T2_-To]],[[w2,T2_-To],[w3,T3_-To]],[[w1,T1-To],[w1,T1dew_-To]],[[w0,T0-To],[w0,T2_-To]]]),w=0..0.03,T_C=0..40,color=black):wo:=0.0005:pt:=textplot(subs(dat,SI0,[[w1+wo,T1-To,'1'],[w2+wo,T2_-To,'2'],[w3+wo,T3_-To,'3'],[w1,T1dew_-To,'dew'],[w0+wo,T0-To,'0'],[w0+wo,T2_-To,'e']])):display({pl,pt});

El aire interior al recinto (estado 0) sale del HX enfriado (estado e), capaz de absorber los 5 kW (e.g. por las paredes, del exterior) sin superar los 26 ºC fijados.

Nota. Aunque puede parecer que con el enfriamiento evaporativo sólo se puede bajar de 35 ºC hasta la Twet=22,2 ºC, eso es solo en una pasada; si con con este flujo humedecido se enfría otro flujo seco se puede ir bajando por la línea de w=cte hasta la temperatura de rocío, Tdew=17,2 ºC, que es siempre menor que la de saturación adiabática húmeda.

e) Ventajas e inconvenientes que tendría este sistema frente a un sistema de aire acondicionado tradicional (AA), y frente a un enfriamiento evaporativo directo del aire interior mediante agua pulverizada.
Frente al AA. Ventajas del EEI: gasta poca energía (solo para mover el aire, que también hace falta en el AA). Inconvenientes: no enfría mucho, no elimina humedad del recinto, y necesita un pequeño aporte de agua.

Frente al EED. Ventajas del EEI: no añade humedad en el recinto, ni contaminantes externos (del aire exterior y del agua de aporte). Inconvenientes: requiere un intercambiador de calor.

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