Proceso de enfriamiento con deshumidificación

La representación psicrométrica del proceso de enfriamiento con deshumidificación en un sistema de acondicionamiento de aire se muestra en la Figura 2-6. A medida que el aire entra al evaporador en el estado (i) una porción del mismo entra en contacto directo con la superficie del evaporador y se enfría casi a la temperatura de superficie del mismo. En el estado (s) la temperatura de superficie corresponde a la temperatura del refrigerante. El porcentaje de aire que entra en contacto con la superficie del evaporador se le conoce como factor de contacto. El resto de aire pasa entre los tubos y aletas sin hacer contacto físico por lo que no se ve afectado al pasar por el evaporador. A esta porción de aire se le conoce como factor de Bypass. El aire frío que entró en contacto con la superficie del evaporador es entonces mezclado con el resto de aire remanente en el estado (e). El estado actual de salida (e) se localiza entre los estados (s) y (dp) y no necesariamente se localiza sobre la línea de saturación. La temperatura de la mezcla resultante de las dos corrientes de aire en el evaporador resulta en una temperatura un poco superior a la temperatura de superficie del evaporador.

Figura 2-6. Diagrama psicrométrico del proceso de enfriamiento con deshumidificación en un sistema de acondicionamiento de aire.

19 2.2 Transferencia de calor

La transferencia de calor se refiere al intercambio de energía debido a una diferencia de temperatura. Se puede presentar entre dos o más cuerpos que interactúan entre sí en conjunto con sus alrededores, independientemente si se trata de cuerpos sólidos, líquidos o gaseosos. La transferencia de calor siempre sigue la dirección de una región de alta temperatura hacia una de baja temperatura hasta lograr un equilibrio térmico, en donde los cuerpos que interactúan alcanzan la misma temperatura. Existen tres formas en las que se manifiesta este fenómeno: por conducción, convección o radiación, como se muestra en la Figura 2-7. Todo cuerpo con una temperatura superior al cero absoluto emite calor por radiación, pero al realizar la comparación en relación a la transferencia de calor por convección para algunos procesos, los valores de transferencia de calor por radiación suelen ser despreciables, en especial cuando las superficies que intervienen mantienen temperaturas bajas [37]. Por lo que para lo referente al presente trabajo solo se tomará en cuenta la transferencia de calor por conducción y convección.

Figura 2-7. Representación esquemática de las distintas formas de transferencia de calor para la sección transversal de una pared.

20 2.2.1 Transferencia de calor por conducción

La transferencia de calor por conducción se puede presentar tanto en sólidos, líquidos como en gases, debido a las interacciones entre las partículas de cuerpos que están en contacto. La rapidez de la conducción de calor a través de un medio depende de la configuración geométrica del mismo, su espesor, el material de que este fabricado y la diferencia de temperatura a través de él. La ecuación que rige este fenómeno se denomina Ley de Fourier de la conducción de calor y establece que el flujo de calor por unidad de área a través de un material es directamente proporcional a la diferencia de temperatura e inversamente proporcional al espesor del mismo, como se puede observar por medio de la ecuación (2-12) para una dirección (x), en donde la constante de proporcionalidad es la conductividad térmica del material, que es una medida de la capacidad del material para conducir calor, el término es el gradiente de temperatura, el cual es la razón de cambio de la temperatura con respecto a , es el área perpendicular a la dirección de la transferencia de calor y el signo negativo garantiza que la transferencia de calor en la dirección ocurre desde una zona de mayor temperatura, ya que el vector gradiente de temperatura apunta en la dirección opuesta [37, 38].

̇

(2-12)

La conductividad térmica depende del tipo de material utilizado. Un valor elevado de conductividad térmica indica que el material es buen conductor, mientras que valores bajos de conductividad térmica clasifica al material como aislante térmico. En general, las conductividades térmicas de los materiales varían con la temperatura, aunque dicha variación es despreciable para algunos materiales. Con la conductividad térmica, en conjunto con las propiedades de poder calorífico y densidad del material es posible definir el concepto de la difusividad térmica, presentada en la ecuación (2-13). La difusividad térmica representa la rapidez con la que se difunde el calor por un material y es la

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relación entre la capacidad de conducir calor y la capacidad de almacenar el mismo por un material.

(2-13)

En ocasiones, realizar el cálculo de la transferencia de calor por conducción aplicando la analogía que presenta con la Ley de Ohm para la corriente eléctrica puede simplificar significativamente un problema. Al tratar el calor transferido como la corriente eléctrica, la resistencia térmica como resistencia eléctrica y la diferencia de temperatura como caída de voltaje. Al tomar las consideraciones anteriores se puede expresar el cálculo del calor transferido por conducción por medio de la ecuación (2-14), en donde el denominador del último término de la derecha representa la resistencia a la conducción de calor de un material de espesor [37, 38]. ̇ ⁄ (2-14)