Ingenería Mecánca, (2007) 5-20 5 Deermnacón del empo de deshumdfcacón en un almacén soerrado en las condcones clmácas y geohdrológcas de Cuba. Ma. D. Andrade Gregor, R. Hernández Rubo, M. Pedra Díaz. Insuo uperor de Tecnologías y Cencas Aplcadas. Av. alvador Allende y Luaces. Quna de los Molnos. Muncpo Plaza de la Revolucón. Aparado Posal: 663.Cudad de la Habana. Cuba. (Recbdo el 7 de Abrl de 2006; acepado el 2 de Juno de 2006) Resumen En el rabao se presena un méodo de cálculo para deermnar con exacud el empo que debe rabaar un deshumdfcador para alcanzar la humedad mínma requerda y se compara con el méodo de cálculo analíco que aparece en la leraura radconal. En el méodo de cálculo propueso se ulza como ndcador económco la efcenca del proceso de deshumdfcacón. Palabras claves: humedad, empo, deshumdfcacón, efcenca, cosos.. Inroduccón. Los ssemas de deshumdfcacón proporconan grandes benefcos para conservar los medos que se almacenan prolongadamene en obras soerradas. n embargo, no exse benefco sn nversón, de aquí la mporanca del esudo encamnado a dsmnur los cosos de nversón de los ssemas de deshumdfcacón aumenando los benefcos. Los benefcos económcos de los ssemas de deshumdfcacón para la conservacón prolongada se dvden en dos caegorías prncpales: Reduccón de cosos de nversón debda al reemplazo de equpos. Meoras en la sensbldad operaconal. La realzacón efcene de un proyeco de deshumdfcacón en una obra soerrada esá condconada a la humedad mínma que enen sus locales y los nveles de oleranca esablecdos para los medos u obeos que se preende almacenar. El conocmeno deallado de ambas condconanes evaría rabaar núlmene conra la elevada carga de humedad que puede aporar al enorno local, que para vencerla requerría un empo de deshumdfcacón lmado lo cual sería nalcanzable desde el puno de vsa écnco y económcamene ncoseable. En ese rabao, se emplea un méodo de cálculo numérco para darle solucón a la ecuacón que rge el comporameno clmáco de un almacén soerrado. Ese méodo perme deermnar con exacud el empo que debe rabaar un deshumdfcador para alcanzar la humedad mínma requerda y se compara con el méodo de cálculo analíco que se emplea en la leraura radconal [, 2, 3]. Como ndcador económco para evaluar el efeco económco del cálculo se ulza la efcenca del proceso de deshumdfcacón (η). η aumena, se produce una dsmnucón del consumo de energía elécrca y una reduccón de la candad de equpos ambenadores a ulzar denro de una obra. Por lo que, una mayor exacud en la deermnacón del empo de deshumdfcacón y del empo de reorno a las condcones ncales rae apareado un efeco económco, dervado de un empleo más raconal del equpameno ambenador dsponble. 2. Fundamenacón eórca. La efcenca del proceso de clmazacón esá dada por [4,5]: η R dh 2007 Edcones Mecánca.
6 Deermnacón del empo de deshumdfcacón en un almacén soerrado en las condcones clmácas y geohdrológcas de Cuba. R : Es el empo que se demora el ssema en resablecer las condcones límes de máxma humedad a la emperaura del local. dh : Es el empo que demora el ssema en alcanzar el mínmo de humedad bao la accón del deshumdfcador a la emperaura del local. Un buen dseño de deshumdfcacón debe garanzar que el local alcance los nveles de humedad relava y emperaura exgdos en el menor empo posble y que el empo de resablecmeno a las condcones ncales sea el mayor posble, enonces el deshumfcador funconará el menor empo por lo que el consumo de energía dsmnurá. En sendo general, para dsmnur el empo de deshumdfcacón es necesaro dsmnur al máxmo las cargas de humedad denro de los locales y escoger correcamene los límes de humedad. Una coa de humedad muy por debao de la exgda mplca que el deshumfcador funcone más empo que el necesaro. 3. Cálculo radconal del empo de deshumdfcacón. (Cálculo mple). El cálculo para la deermnacón del empo de deshumdfcacón de un local dado por los méodos radconales [,2,3] se realza según un modelo lneal ausado a las condcones de los almacenes soerrados. dh ( vp v ) ΣI dh : empo de deshumdfcacón del local, (horas). : volumen del local, (m 3 ) vp y v : densdad del vapor asocada a la pared y al local respecvamene, (Kg /m 3 ) ΣI : sumaora de las cargas de humedad en el local soerrado ncluyendo la carga de humedad exraída por el deshumdfcador. Convenconalmene se asume negava. I f g Σf : cargas de humedad que pueden enconrarse en los locales. Σg.: exraccón de vapor de agua por él deshumdfcador. El empo que ardará el are del local en alcanzar valores de Humedad Relava (HR) por encma de lo permsble para los medos conservados (empo de resauracón a las condcones ncales) dependerá fundamenalmene de la carga de humedad que apora el enorno, los embalaes de madera u oros y la fala de hermecdad de conducos y puera del local. En la fgura No. se muesran los empos de resauracón a las condcones ncales para dferene acabado de las paredes en los almacenes. 4. Cálculo numérco del empo de deshumdfcacón. (Cálculo Compleo). La ecuacón que rge el cambo de densdad de vapor en un almacén soerrado con deshumdfcacón [4] correspondendo con: d f v g d 72,0 70,0 68,0 66,0 HR (%) 64,0 62,0 60,0 58,0 56,0 54,0 4 7 0 3 6 9 22 25 28 3 34 37 40 43 46 49 52 55 58 6 64 67 70 73 76 79 82 85 88 9 empo de resauracón (Trhoraro) hormgón con acabado valor mínmo hormgón con acabado valor máxmo hormgón sn acabado valor mínmo hormgón sn acabado valor máxmo Fgura. Tempo de resauracón a las condcones de equlbro ncales de acuerdo al acabado de las paredes en los almacenes.
Ma. D. Andrade Gregor, R. Hernández Rubo, M. Pedra Díaz. 7 se consdera que g f ( v, ), es decr, que la candad de humedad que se exrae por el deshumdfcador es varable en el empo y depende de las condcones clmácas del local, la ecuacón no ene solucón analíca y se debe ulzar un méodo numérco para su solucón. El esudo del proceso se realza en res momenos mporanes, que se analzan a connuacón: () Condcones ncales, donde es el empo de encenddo del deshumdfcador, v() vo 0 y v( ) v mín El empo en que el local alcanza el valor mínmo de densdad de vapor de agua requerdo o llegue al equlbro de humedad se deermna medane: n v v * 0 d ( d) ( ) f (, () ) g (, ( ) ) d Desde 0 hasa que d ( ) ( ). o ( d) mn endo: Mínma densdad de vapor requerda. mn g Es la funcón que descrbe la masa de vapor de agua que exrae el deshumfcador Es el volumen del local n La candad de fuenes de humedad que hay en el local. f Es la funcón que descrbe la masa de vapor que se ncorpora al local por la presenca de una fuene de humedad. (2) e apaga el deshumdfcador cuando v() 0 vmín y se obene v( R ) v máx El empo de resauracón a las condcones ncales ( R ) que se demora el local en llegar al nvel máxmo de humedad exgdo ( v máx ) después de haber apagado el deshumfcador se calcula medane: n v * 0 ( d) ( ) f (, () ) d d 0 v Para v( ) mín R R (3) Calculando desde 0 hasa que ( R) vmáx R e encende el deshumdfcador cuando v v( 0) v y se obene ( ) máx v dh v mín. El empo ( dh ) que demora el local en volver a alcanzar la densdad de vapor mínma requerda luego de encender el deshumfcador se deermna por: v * 0 n ( d ) ( ) f (, () ) g ( ) d d 0 v Para v( ) máx dh dh Fgura. aracón de la densdad del vapor para dferenes momenos después de encenddo el deshumdfcador. 5. Cálculo de las cargas de humedad en los almacenes soerrados. La masa de vapor de agua que sumnsra cada fuene de humedad al medo por undad de empo esa dada por la funcón. f [4]: n 0 f c p 2 a 3 caas 4 h 5 6 personas
8 Deermnacón del empo de deshumdfcacón en un almacén soerrado en las condcones clmácas y geohdrológcas de Cuba. p, a,... n : son las superfces que ocupan las dferenes fuenes de humedad. (m 2 ) c,c 2,...c : son los coefcenes que caracerzan a cada fuene de humedad y se deallan en la sguene abla: Tabla no. Fuenes de humedad que pueden esar presene en los almacenes soerrados. Fuenes de Humedad Funcón ( f ) Coefcene (c ) Permeabldad consrucva f c p / c α uperfces acuosas f 2 c 2 a / c 2 HR H Embalaes de madera y oros. f 3 c 3 caas / p v o T c a x R T / x Fala de hermecdad f 4 c 4 h / c4 3600 a Aperuras de la puera f 5 c 5 / c 5 3600 a A / 24 h Personal Laborando f 6 c 6 personas / 6 3 c F P Todos los coefcenes con excepcón del coefcene de permeabldad consrucva se calculan según lo esablecdo en la leraura radconal []. 6. Comparacón enre el cálculo smple y el cálculo compleo. Las caraceríscas clmácas, consrucvas y geohdrológcas de los locales que se van a clmazar condconan los valores de humedad mínma como se puede aprecar en la Fgura 3. En ese gráfco se muesra la dferenca que exse enre el empo de deshumdfcacón calculado por el méodo radconal y por el méodo numérco. El empo de deshumdfcacón por el cálculo smple es de 44 horas y por el cálculo compleo es de 77 horas. Los modelos lneales para el cálculo del empo de deshumdfcacón por el méodo radconal no permen smular los procesos de ranspore de humedad que ocurren en los almacenes soerrados. Al dsmnur el empo de deshumdfcacòn la efcenca del proceso aumena como se muesra en la Fgura 4. Eso se cumple ano para el cálculo smple como para el cálculo compleo, en ese úlmo la efcenca ene una endenca a esablzarse, es decr, que por mucha candad de vapor que se exraga del local la efcenca del proceso no aumena pues esá condconada a la humedad mínma caracerísca de cada almacén dada por sus condcones clmácas, consrucvas y geohdrológcas. 72,0 70,0 68,0 HR(%) 66,0 64,0 62,0 60,0 58,0 56,0 54,0 Cálculo smple Cálculo compleo empos de deshumdfcacón 3 5 7 9 3579223252729333353739443454749 empo (Trhoraro) empo de desh(càculo compleo) Tempo de deh (Càlculo mple) Fgura 3. Tempo de deshumdfcacòn ulzando el cálculo smple y el cálculo compleo.
Ma. D. Andrade Gregor, R. Hernández Rubo, M. Pedra Díaz. 9 50.0 45.0 40.0 35.0 30.0 25.0 20.0 5.0 0.0 5.0 0.0 2 3 4 5 6 7 8 9 exraccones de vapor càlculo compleo Lneal (càlculo smple) càlculo smple 2 per. meda móvl (càlculo compleo) Fgura 4. Incremeno de la efcenca del proceso de dehumdfcacòn para el cálculo smple y compleo respecvamene. 7. Comparacón enre el cálculo smple y el cálculo compleo en cuano a dsmnucón de cosos de nversón y aumeno de benefcos. En la abla 2 se hace un resumen comparavo enre el cálculo smple y el cálculo compleo a parr de un esudo realzado para dsmnur los cosos de nversón de los ssemas de deshumdfcacón aumenando los benefcos. Para el cálculo se uvo en cuena una obra ngenera que conene 6 almacenes. e consdera que un cclo de rabao es la suma del empo de deshumdfcacón y el empo de resauracón a las condcones ncales. El coso de un deshumdfcador con producvdad promedo de 0 lros a 25 ºC y humedad de 60%, es en 24 horas es de $300.0 pesos. Los cosos anuales de consumo de energía elécrca esán calculados a parr del empo de deshumdfcacón de una obra al año. En el caso del cálculo compleo, la efcenca aumena con mayor exacud la deermnacón del empo de deshumdfcacòn, lo que rae consgo una dsmnucón del consumo de energía elécrca y una reduccón del equpameno ambenador necesaro a ulzar denro de una obra. Por eemplo s el proyeco de deshumdfcacón se lleva a cabo en 0 obras del país se necesarían 20 equpos deshumdfcadores y no 30 equpos como lo exge el Cálculo smple por lo que los cosos de nversón por compra de equpos se reducen, y por ende se reducen los cosos por manenmeno y por consumo de energía elécrca. Ese úlmo se reduce sólo en un 5 % pero al ener en cuena las dfculades que mplca llevar energía en condcones de soerrameno se hace sgnfcavo el valor. La políca de roacón de los equpos deshumdfcadores en esa obra se muesra en la Fgura 5: Tabla no. 2. Comparacón enre el Cálculo mple y el Cálculo Compleo. Cclos No.de Coso de Consumo dh r Coso anual CALCULO η /añolocal /obra $) (Kw.) equpos nversón( energía /año (h) (h) ($) IMPLE 44 267.8 2 3 900 2677 2404 COMPLEJO 77 267 3.4 25 2 600 2540 2287
20 Deermnacón del empo de deshumdfcacón en un almacén soerrado en las condcones clmácas y geohdrológcas de Cuba. Fgura 5. Políca de roacón de los deshumdfcadores en una obra soerrada con 6 almacenes. 8. Conclusones. Con el Méodo Numérco (cálculo compleo) se pudo deermnar con exacud el empo de deshumdfcacón necesaro para alcanzar la humedad mínma requerda en los almacenes soerrados para el caso de esrucuras con paredes revesdas de hormgón y se comparó con el Méodo Analíco (cálculo smple) ulzado en la leraura radconal.. e comparan ambos méodos de cálculo demosrándose la dferenca en el cálculo de los empos de deshumdfcacón, en la efcenca del proceso de deshumdfcacón, en la dsmnucón de la candad de equpos a ulzar en una obra ngenera y en la reduccón del coso de nversón del proyeco de deshumdfcacón, por lo que se corrobora que los modelos lneales para el cálculo del empo de deshumdfcacón por el méodo radconal no permen smular con exacud los procesos de ranspore de humedad que ocurren en los almacenes soerrados. 9. Bblografía.. Harrman I.; Lews G.; The Dehumdfcaon Handbook egunda edcón. Edoral Mason - Gran Company. 2000. 2. AHRAE Handbook on Fundamenals, Chaper 20, Amercan ocey of Heang, Refrgerang and Ar Condonng Engneers, 98 3. Carrer. Handbook of ar Condonng ysem Desgn. 998. 4. Andrade, M.D. Dseño de clmazacón de locales soerrados. Tess de Maesría IPJAE. CETER. 998. 5. Hernández R. Consderacones prelmnares sobre la acvdad clmáca en una obra soerrada. Presenado en XII Forum de Cenca y Técnca. 998. Habana. Cuba. Deermnaon of dehumdfer me n underground warehouse for cuban condons. Absrac. In hs paper a calculaon mehod s presened o deermne wh accuracy he me ha a dehumdfer should work o reach he requred mnmum humdy and s compared wh he calculaon presened n he radonal leraure. In he proposed mehod calculaon, he effcency s used as fundamenal economc ndcaor of he dehumdfcaon process. Key words. humdy, me, dehumdfer, effcency, coss.