Eficiencia Energética: Sector Industrial | Energy Efficiency: Industrial Sector www.futurenergyweb.es 30 FuturEnergy | Mayo-Junio/May-June 2020 temperatura que gana o que pierde, con la de 1 m3 de aire, que también experimente un cambio de un grado. Vemos en la tabla que al manejar un metro cúbico de agua ambiente y cambiarle la temperatura un grado centígrado, estamos transfiriendo del orden de 3400 veces más de energía que si hiciéramos lo mismo con un metro cúbico de aire. ¿Por qué comparar la energía intercambiable entre volúmenes de agua y de aire? Porque en los procesos “transportamos la energía” con tuberías y conductos o la almacenamos en depósitos, y las instalaciones tienen costes crecientes con su volumen (obviamente, los costes unitarios son diferentes según transportemos agua o aire). Podemos entender la proporción desde otra perspectiva: en un volumen de agua 3400 veces más pequeño que el de aire estamos transportando la misma capacidad de transferencia de energía si variamos un grado centígrado la temperatura del fluido (agua, aire). Emplear conductos de aire o tuberías de agua tiene implicaciones diferentes no solo en la arquitectura, el diseño hidráulico, la regulación, operación y el mantenimiento, sino también en los costes de inversión y energéticos para mover el agua y el aire. En base a la capacidad calorífica del agua y del aire, midiendo sus temperaturas, presiones y caudales, podremos optar por un diseño u otro en función de su eficiencia y de su rentabilidad, esto es, podremos escoger la mejor medida de eficiencia energética. Hemos mencionado la capacidad calorífica del aire seco. ¿Por qué seco? Porque en el aire también suele haber agua, en forma de vapor: los valores de la humedad del aire nos indican qué cantidad de agua tiene. Esta cantidad de agua cambia en función de las condiciones climáticas. Para tratar térmicamente un volumen de aire no seco -que es el que solemos tener- recurriremos a valorar su capacidad de transferencia de energía en función de la parte de aire (o parte seca) y la del agua. La total es la suma de las dos transferencias de energía. Si se calienta o enfría un volumen de aire que tiene una determinada humedad, ¿qué puede suceder que nos haga plantear si nos basta con considerar los calores específicos de la masa de aire seco y de la masa de agua? ¿Qué le sucede al aire cuando, a medida que transcurre una mañana soleada, augmenta su temperatura? Suele “secar” todo lo que le rodea: se humedece el aire, gracias al calor solar aportado. ¿Qué le sucede al suelo cuando por al atardecer y por la noche, a falta del calor solar, se enfría el aire? Que se humedece el suelo, formándose el rocío o la escarcha, según la temperatura ambiente vespertina y nocturna. En los intercambios de calor del aire con cambios de humedad se producen por lo tanto también los fenómenos de evaporación (secado), condensación (rocío) e incluso cristalización (escarcha) del agua, esto son, cambios de estado. Hemos explicado que la capacidad calorífica nos sirve para calcular los valores de la transferencia de calor sensible según modifiquemos la temperatura. El calor latente nos indica el calor asociado a los cambios de estado de un material, que son a temperatura constante. El calor latente es muy considerable en relación al calor sensible por un cambio de un grado centígrado. En la tabla vemos para el agua sólida, líquida y vapor a presión atmosférica, que los valores del calor sensible se calculan en base a 2 ó 4.18 kJ/kg°C. En cambio, a presión atmosférica, un kilogramo de agua que se congela (a 0 °C) requiere unos 335 kJ y si se evapora (a 100 °C) requiere also be understood from another perspective: in a volume of water 3400 times smaller than that of the air, the same energy transfer capacity is transported if we vary the temperature of the fluid (water, air) by 1ºC. Using air ducts or water pipes has different implications, not only for the architecture, the hydraulic design, regulation, operation and maintenance, but also for the energy and investment costs required to move the water and air. Depending on the specific heat of the water and air, measuring their temperatures, pressures and flows, we can choose one design or another as a function of its efficiency and its cost effectiveness. In other words, we can select the best energy efficiency measure. We have so far discussed the specific heat of dry air.Why dry? Because there is usually water in the air in the form of steam: the humidity values of the air indicate the amount of its water content. This amount of water changes depending on the weather conditions. To thermally treat a volume of air that is not dry - usually the case - we have to evaluate its energy transfer capacity based on the part of the air (or the dry part) and that of the water. The total is the sum of the two energy transfers. If a volume of air that has a specific humidity is heated or cooled, what might happen if we just consider the specific heat of the mass of dry air and the mass of water?What happens to the air when, as a sunny morning elapses, its temperature rises? It usually “dries” everything surrounding it: the air becomes humid, thanks to the solar heat generated.What happens to the ground at dusk and at night, when there is no solar heat, and the air cools? The ground becomes damp, forming dew or frost, depending on the evening and night-time ambient temperature. Exchanges of heat from the air with changes in humidity cause phenomena in the water such as evaporation (drying), condensation (dew) and even crystallisation (frost), all of which are changes of state. We have explained how specific heat helps calculate the values of sensible heat transfer as the temperature changes. Latent heat indicates the heat associated with the changes in state of a material, which are at a constant temperature. Latent heat is significant in relation to sensible heat with a change of 1ºC. The table shows that for solid, liquid and steam water at atmospheric pressure, the sensible heat values are calculated based on 2 or 4.18 kJ/kg°C. By contrast, at atmospheric pressure, one kilogramme of frozen water (at 0°C) requires some 335 kJ, and if it evaporates (at 100°C) it requires around 2257 kJ. Making use of the changes in state of the water to transfer
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