Evaporación desde la superficie del agua

La evaporación del agua desde una superficie de agua -como un tanque abierto, una piscina o similar- depende de la temperatura del agua, la temperatura del aire, la humedad del aire y la velocidad del aire sobre la superficie del agua.

La cantidad de agua evaporada puede expresarse como:

gs = Θ A (xs – x) / 3600 (1)

o

gh = Θ A (xs – x)

donde

gs = cantidad de agua evaporada por segundo (kg/s)

gh = cantidad de agua evaporada por hora (kg/h)

Θ = (25 + 19 v) = coeficiente de evaporación (kg/m2h)

v = velocidad del aire sobre la superficie del agua (m/s)

A = superficie del agua (m2)

xs = coeficiente de humedad máxima del aire saturado a la misma temperatura que la superficie del agua (kg/kg) (kg H2O en kg Aire Seco)

x = coeficiente de humedad del aire (kg/kg) (kg H2O en kg Aire Seco)

¡Nota! Las unidades para Θ no coinciden ya que se trata de una ecuación empírica – resultado de la experiencia y los experimentos.

Suministro de calor necesario

La mayor parte del calor o energía necesaria para la evaporación se toma del propio agua. Para mantener la temperatura del agua – el calor debe ser suministrado al agua.

El calor necesario para cubrir la evaporación puede calcularse como

q = hwe gs (2)

donde

q = calor suministrado (kJ/s (kW))

hwe = calor de evaporación del agua (kJ/kg)

• 1 kW = 3412 Btu/h

Ejemplo – Agua evaporada de una piscina

Hay una piscina de 50 m x 20 m con una temperatura del agua de 20oC. La relación de humedad de saturación máxima en el aire sobre la superficie del agua es de 0,014659 kg/kg. Con una temperatura del aire de 25 oC y una humedad relativa del 50%, la relación de humedad en el aire es de 0,0098 kg/kg -consultar el diagrama de Mollier.

Con una velocidad del aire sobre la superficie del agua de 0,5 m/s, el coeficiente de evaporación puede calcularse como

Θ = (25 + 19 (0,5 m/s))

= 34,5 kg/m2h

La superficie de la piscina se puede calcular como

A = (50 m) (20 m)

= 1000 m2

La evaporación de la superficie se puede calcular como

gs = (34,5 kg/m2h) (1000 m2) ((0,014659 kg/kg) – (0,0098kg/kg)) / 3600

= 0,047 kg/s

El calor de evaporación (entalpía) del agua a la temperatura de 20oC es de 2454 kJ/kg. El suministro de calor necesario para mantener la temperatura del agua de la piscina puede calcularse como

q = (2454 kJ/kg) (0,047 kg/s)

= 115.3 kW

La pérdida de energía y el suministro de calor necesario pueden reducirse

• reduciendo la velocidad del aire sobre la superficie del agua – efecto limitado
• reduciendo el tamaño de la piscina – no es realmente práctico
• reduciendo la temperatura del agua – no es una solución de confort
• reduciendo la temperatura del aire – no es una solución de confort
• aumentar el contenido de humedad en el aire – puede aumentar la condensación y el daño de las construcciones de edificios para piscinas cubiertas
• eliminar la superficie húmeda – posible con mantas de plástico en la superficie del agua fuera del tiempo de funcionamiento. Muy eficaz y comúnmente utilizado

¡Nota! – durante el tiempo de funcionamiento la actividad en una piscina puede aumentar la evaporación del agua y el suministro de calor requerido dramáticamente.

Para reducir el consumo de energía y evitar daños por humedad en las construcciones de edificios es común el uso de dispositivos de reciclaje de calor con bombas de calor que mueven el calor latente del aire al agua de la piscina.

Calculadora de la evaporación de la superficie del agua

A – superficie del agua (m2)

xs – relación de humedad de saturación máxima en el aire (kg/kg) (kg H2O en kg Aire seco)

x – relación de humedad en el aire (kg/kg) (kg H2O en kg Aire seco) – Mollier – Psicrométrico

hwe – calor de evaporación (entalpía) del agua (kJ/kg)

v – velocidad del aire sobre la superficie del agua (m/s)

¡Calculadora de carga!