Principio básico del enfriador adiabático
La refrigeración adi abática se basa en la capacidad natural del agua para absorber el calor del aire ambiente y evaporarse. Los sistemas de refrigeración adiabática imitan este fenómeno natural, al tiempo que optimizan su eficacia mediante tecnologías adecuadas.
El principio del enfriador adiabático se basa en un flujo continuo de aire caliente a través de una superficie constantemente húmeda. Esto maximiza el contacto entre el aire caliente y el agua fría, favoreciendo la transferencia de calor del aire al agua. El sistema acelera la evaporación del agua y optimiza la extracción de calor del aire, aumentando la eficacia refrigerante del flujo de aire.
La evaporación del agua humidifica el aire a nivel molecular. Las moléculas de agua evaporada son invisibles y se comportan como moléculas de gas. Como resultado, la refrigeración adiabática no genera niebla, que es una mezcla de aire y gotas de agua (cada gota contiene miles de millones de moléculas de agua). En términos de funcionamiento físico, el enfriador adiabático difiere de un sistema de enfriamiento por nebulización.
El flujo de aire enfriado, enriquecido con humedad, circula por todo el espacio a enfriar antes de escapar del edificio. El principio de la refrigeración adiabática se basa en un sistema abierto, con renovación constante del aire. Para un funcionamiento óptimo, un enfriador adiabático requiere puertas abiertas, y alrededor del 80% del aire suministrado debe ser expulsado.
Configuración y funcionamiento del enfriador adiabático
El enfriador adiabático reproduce e intensifica el fenómeno natural de la evaporación optimizando el contacto entre un flujo de aire y un flujo de agua a través de un medio evaporativo.
Flujo de aire en el enfriador adiabático
Un ventilador asegura un flujo constante de aire caliente, proporcionando laenergía necesaria para evaporar el agua. Aspira el aire exterior, que pasa primero por un medio filtrante antes de entrar en el refrigerador.
El ventilador dirige el flujo de aire caliente a través de la pared saturada de agua del medio evaporativo, permitiendo que el agua se evapore en el aire caliente. A continuación, el aire tratado se enfría y humidifica. Con una temperatura inicial de entre 25°C y 40°C y una humedad relativa del 30 al 50%, el aire experimenta un descenso de temperatura de entre 5°C y 11°C. Cuanto más seco y caliente esté el aire, mayor será la reducción de temperatura. En Francia continental, el descenso medio es de unos 7°C.
A cambio de su enfriamiento, el aire saliente ha absorbido vapor de agua. El aumento de la humedad relativa del aire en el espacio a enfriar depende tanto de las condiciones climáticas externas (temperatura y humedad) como de la temperatura objetivo del volumen a enfriar.
El ventilador impulsa el aire enfriado hacia el interior del espacio a climatizar. Este flujo de aire atraviesa todo el volumen en 3 a 5 minutos, eliminando el calor de la habitación. Luego se expulsa por las aberturas o a través del sistema de ventilación del edificio. El aire se renueva entre 10 y 20 veces por hora.
La difusión del aire enfriado mediante su simple desplazamiento por el espacio a enfriar es el sistema más básico, característico de los enfriadores evaporativos móviles. Los enfriadores adiabáticos de techo o pared pueden incorporar sistemas de difusión más sofisticados, como plénums de impulsión de 2, 3 ó 6 vías, rejillas de impulsión o conductos textiles.
Flujo de agua en el enfriador adiabático
Una bomba extrae agua del depósito situado en la parte inferior del enfriador adiabático y genera un caudal regulado de agua fría, que se pulveriza continuamente sobre la parte superior del medio evaporativo. Un sistema distribuidor distribuye este flujo uniformemente por toda la superficie de la parte superior del enfriador evaporativo. A continuación, el agua fluye por gravedad a través de los tubos del medio, impregnando las paredes. El agua no evaporada, que se acumula en el fondo del medio, vuelve al depósito.
A excepción de la evaporación, el refrigerador adiabático no consume agua. El aparato se vacía en el sistema de aguas residuales.
Transferencia de calor por evaporación
La pared húmeda del medio evaporativo es donde se produce el intercambio de calor entre el aire y el agua. El intercambiador evaporativo coloca el flujo de agua perpendicular al flujo de aire caliente para optimizar su cruce. El contacto entre el aire y el agua permite la transferencia de calor necesaria para que determinadas moléculas de agua pasen de líquido a gas.
La estructura alveolar y multicapa del panel evaporativo :
- Modificación de la circulación vertical del agua, facilitando su absorción por las paredes del medio evaporativo. El coeficiente de saturación mide esta capacidad de absorción del medio.
- Modificación de la dirección horizontal del flujo de aire a través del medio.
- Aumento de la superficie específica de las paredes del panel evaporativo, aumentando así la superficie de contacto entre el aire y el agua.
De este modo, la estructura optimiza la mezcla y el contacto aire/agua, favoreciendo la evaporación y aumentando la transferencia de calor del aire al agua.
Dimensionar el sistema de refrigeración bioclimática
El diseño de la refrigeración adiabática tiene en cuenta las características climáticas del lugar en verano, como la temperatura y la humedad relativa del aire exterior, la orientación del edificio, los flujos de calor generados por la estructura y sus actividades, las condiciones de ventilación del volumen a refrigerar, la tasa de renovación de aire deseada, así como las condiciones ambientales previstas.
De ello se deduce :
- las características del refrigerador(y en particular, en el caso de los refrigeradores montados en el techo, la altura del plenum),
- el número de enfriadores (sobre todo cuando se enfrían grandes volúmenes).
Conclusión: un funcionamiento sencillo y una configuración de hardware adaptada al dimensionamiento bioclimático
El principio de la refrigeración adiabática es sencillo: crear un contacto óptimo entre el aire y el agua para maximizar la evaporación y reducir la temperatura. La configuración de un refrigerador también es sencilla: consta de un filtro y un ventilador para el ciclo del aire, un depósito y una bomba para el ciclo del agua, y un medio de transferencia de calor para la refrigeración. El refrigerador se dimensiona en función de las condiciones climáticas del lugar, para conseguir el clima interior deseado.