La transferencia de calor es el proceso de propagación del calor en distintos medios. La parte de la física que estudia estos procesos, se llama a su vez: Transferencia de calor o Transmisión de calor. La transferencia de calor se produce siempre que existe un gradiente térmico o cuando dos sistemas con diferentes temperaturas, se ponen en contacto. El proceso persiste hasta alcanzar el equilibrio térmico, es decir, hasta que se igualan las temperaturas. Cuando existe una diferencia de temperatura entre dos objetos o regiones lo suficientemente próximas, la transferencia de calor no puede ser detenida, solo puede hacerse
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más lenta.
La Termodinámica es la ciencia que estudia la relación entre el calor y otras formas de energía. El calor es energía en tránsito. Siempre que existe un gradiente de temperatura en un sistema o se ponen en contacto dos sistemas a diferente temperatura, se transfiere energía entre ellos. Sabemos de esta transferencia, no porque la veamos, sino por los cambios que se producen en el o los sistemas. La Termodinámica basándose en los estados de cada sistema desde un punto de vista macroscópico, es decir, en función de atributos tales como; la presión, la temperatura y el volumen, que se pueden medir, determina si ha habido cambios en la energía interna de los mismos. En cumplimiento del Primer principio y descartada la interacción de trabajo con el exterior, la variación de energía interna solo puede ser debida a calor, es decir, a transferencia de energía de un sistema al otro.
En general, se reconocen tres modos distintos de transferencia de calor: conducción, convección y radiación, aunque en rigor, solo la conducción y radiación debieran considerarse formas de transmisión de calor, porque solo ellas dependen exclusivamente de un desequilibrio térmico para producirse:
Conducción: Es la transferencia de calor que se produce a través de un medio material por contacto directo entre sus partículas, cuando existe una diferencia de temperatura y en virtud del movimiento de sus micropartículas.
Convección: La transmisión de calor por convección se compone de dos mecanismos simultáneos. El primero es la transferencia de calor por conducción debida al movimiento molecular, a la que se superpone la transferencia de energía por el movimiento de fracciones del fluido que se mueven accionadas por una fuerza externa. Radiación: se puede atribuir a cambios en las configuraciones electrónicas de los
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átomos o moléculas constitutivas. En ausencia de un medio, existe una transferencia neta de calor por radiación entre dos superficies a diferentes temperaturas, debido a que todas las superficies con temperatura finita emiten energía en forma de ondas electromagnéticas.
En general en una piscina cubierta el agua y el aire interior se enfrían y debemos calentarlos para garantizar unas condiciones satisfactorias de confort en el interior. El aire se enfría fundamentalmente por el proceso de deshumectación: es necesario mantener su humedad relativa en los términos que marca la legislación, pero siempre hay un aporte de humedad por el agua evaporada del vaso de la piscina. El proceso de deshumectación consiste en hacer pasar un cierto caudal del aire interior a través de una batería fría, lo que hace condensar parte de su humedad, a la vez que el aire se enfría. Por este motivo es necesario volverlo a calentar para devolverlo a la temperatura ambiente.
En cuanto al agua del vaso de la piscina, podemos encontrar diversas razones por las que el agua pierde calor y es necesario calentarla de forma permanente:
Por la evaporación del agua de la piscina
El agua del vaso de la piscina se evapora, pasando al aire ambiente, desde tres superficies distintas: Desde la lámina de agua del propio vaso de la piscina, desde el suelo mojado de las playas (superficie que circunda el vaso de la piscina) y desde el cuerpo de los bañistas recién salidos del agua (por evaporación y arrastre). La denominada “playa mojada” alrededor de la piscina se forma como consecuencia del arrastre de agua por parte de los bañistas que salen del vaso y de las salpicaduras provocadas por los que se están bañando. Su superficie estimada es proporcional al número de bañistas.
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Para calcular las pérdidas por evaporación emplearemos la siguiente ecuación:
Dónde:
= Pérdidas de calor por evaporación, en W.
= Masa de agua evaporada, en kg/h.
= Calor de vaporización, en W/ °C
Por las pérdidas por transmisión de calor
Durante el funcionamiento de la piscina, el agua pierde calor debido también a la transmisión de calor entre ésta y el ambiente o las paredes del vaso. Estas pérdidas dependen de la arquitectura de la piscina y del coeficiente de transmisión térmica del material utilizado. Así pues, las pérdidas por transmisión son:
( )
Dónde:
= Pérdidas de calor por conducción, en W.
= Coeficiente de transmisión de muros y solería, en W/ °C = Área lateral de la piscina, en .
= Temperatura del agua, en °C.
= Temperatura de paredes, en °C.
Por la renovación continua del agua que exige la normativa
El órgano competente en materia de condiciones higiénico-sanitarias se encargará de verificar el cumplimiento de la constante renovación del agua del vaso de la piscina. Esta agua retirada
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será repuesta por agua proveniente de la red de abastecimiento, y por lo tanto a una temperatura inferior a la del vaso. Este hecho representará una pérdida en sí misma que hay que tener en cuenta en el balance energético del vaso. En este sentido, se ha supuesto que el proceso de renovación del agua se realiza de forma continua a lo largo de todo el día, mediante el vaciado de la parte correspondiente hora a hora. Este modo se asemeja bastante a lo que ocurre en la realidad en el procedimiento de operación de la piscina.
La normativa exige la renovación del agua de la piscina por razones higiénicas (5% del volumen del vaso al día), esto provoca una gran pérdida de calor. Es obvio que el tamaño de estas pérdidas depende de la temperatura del agua de la red y de la temperatura del agua de la piscina.
( )
Dónde:
= Pérdidas de calor por renovación, en W.
= Volumen de agua que se retirara, en . = Densidad del agua, en kg/
= Calor especifico del agua, en W/ °C
= Temperatura del agua, en °C.
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Capitulo III Ingeniería del proyecto (cálculos térmicos e hidráulicos)