Enfriamiento evaporativo para combatir el calor

El objetivo de esta entrada es dar a conocer mejor el mecanismo físico-ingenieril que hay detrás de los pulverizadores de agua empleados en terrazas y restaurantes durante el verano, que tienen la misión de mejorar la sensación térmica de los clientes. Si crees que esto se consigue empapando a las personas, igual te llevas una sorpresa.

Empezando por lo básico, vamos a considerar un cubo de agua, y vamos a distinguir entre la fase agua, la fase aire, y la superficie de interfase agua-aire, que es donde ambas están en contacto. En el agua las moléculas están en continuo movimiento y algunas de las que llegan a la superficie de interfase se escapan y pasan al aire; dicho de otro modo, de forma natural se produce una evaporación del agua. Pero como es bien sabido, para que una masa de agua pase a estado vapor necesita recibir una cierta cantidad de energía. ¿De dónde saca el agua la energía para cambiar de fase? Lo cierto es que sólo puede tomar la energía del aire con el que está en contacto. Por tanto, el agua absorberá energía del aire y pasará a estado vapor, y como al aire le están arrebatando energía, éste disminuirá su temperatura. En resumen, podemos decir que en las inmediaciones de la interfase agua-aire de nuestro cubo de agua, la temperatura del aire desciende ligeramente por efecto de la evaporación del agua.

Visto lo básico, nos podríamos preguntar lo siguiente: ¿Cómo de rápido se evaporaría el agua de mi cubo? ¿De qué depende la velocidad de evaporación natural? Podríamos considerar diversas variables, pero nos vamos a quedar con una sola: el área de interfase. Imaginemos un cubo donde cabe un litro de agua y una bandeja muy extensa donde cabe la misma cantidad de líquido. ¿En qué caso creéis que se evaporaría antes el litro de agua? A igualdad de otras condiciones, el líquido se evaporaría antes en la bandeja, sencillamente porque el área de interfase es mucho mayor y por tanto las moléculas de agua cuentan con una ‘región’ más extensa a través de la cual pueden escapar.

Ahora vamos a cuantificar un poco el efecto que presenta el área de interfase sobre el mecanismo de evaporación. Para ello, vamos a empezar suponiendo que tenemos el litro de agua conformando una única gota perfectamente esférica que, de alguna forma, mantenemos suspendida en el aire. ¿Cuál es el área de interfase en este caso? Os ahorro los cálculos: un litro equivaldría a una gota de 6,2 cm de radio y un área de 0,05 m2. Al igual que en el caso del cubo de agua, podemos intuir que este líquido tardaría muchos días en evaporarse.

A continuación dividimos el litro de agua en 9 gotas, también esféricas. Las gotas ahora tienen un radio de 3 cm, y el área de todas resulta ser de 0,1 m2 (el doble que antes). El agua se evaporará más rápido de esta forma porque se cuenta con más área de interfase, aunque todavía sea difícil visualizarlo.

Demos un salto cuantitativo mucho más apreciable: 1 millón de gotas, que tendrían un radio de poco más de medio milímetro, y una área total de casi 5 m2 (100 veces más que en el caso de la gota única).

¿A dónde podríamos llegar siguiendo esta progresión? Los pulverizadores que se emplean en algunas terrazas y restaurantes -que no difieren mucho del spray limpiacristales que tenemos en casa- producen una gota con un tamaño del orden de la micra (1 micra equivale a 0,001 mm). De este modo, si pulverizamos el litro de agua en gotas de 10 micras, tendríamos un área de interfase de 300 m2 (6.000 veces más que con la gota individual). Y en este caso si podemos visualizar fácilmente lo rápido que se evapora el agua, porque cuando usamos un pulverizador como el del limpiacristales comprobamos que el líquido desaparece a la vista bastante antes de llegar al suelo. 

Conclusión: hemos multiplicado el área de interfase por 6.000 mediante la reducción del tamaño de gota, y gracias a eso también estamos multiplicando la velocidad de evaporación. Y esto es crucial en hostelería porque lo que se persigue es que el agua se evapore antes de entrar en contacto con la gente, para así refrescar el ambiente sin llegar a mojar a nadie. Porque nadie duda que mojar refresque, pero normalmente no es ésta la idea que tienen en mente las personas que van a un restaurante. 

Jorge Fernández Maqueda

7 Comentarios
  • Jose Fernando
    Publicado el 18:40h, 22 julio Responder

    Buen articulo!
    Solo una puntualizacion: cuando la particula se evapora del cubo, no solo cambia la T del aire, sino la del agua liquida del cubo. Digamos que deberia tomar la energia de ambos. De no ser asi, las torres de refrigeracion de agua industriales no funcionarian.
    Un saludo

    • Jorge Fdez.
      Publicado el 09:31h, 23 julio Responder

      Muchas gracias por el comentario.
      Entiendo que en una torre de refrigeración la corriente de agua se encuentra a mayor temperatura que la corriente de aire, y el agua se enfría sencillamente porque se establece una transferencia de calor por convección, cuya fuerza impulsora es precisamente esa diferencia de temperatura (el agua se pulveriza igualmente para incrementar la superficie de transferencia y aumentar la transmisión de calor).
      En el caso del cubo no tiene por qué haber un gradiente térmico, es decir, el agua y el aire pueden encontrarse perfectamente a la misma temperatura. En este caso no hay transmisión de calor por convección, pero sí por efecto de la evaporación natural. Y es el aire el que aporta el calor porque son las moléculas del aire las que chocan con las moléculas del agua, aportándoles la energía cinética e impulsándolas fuera de su fase original.

      • Elkin
        Publicado el 17:51h, 09 enero Responder

        Bueno también es cierto que cuando salimos de darnos un baño el agua se evapora, y ese calor viene no del aire circundante sino de nuestro propio cuerpo sería interesante explicar esto también, en todo caso me gustó esto, saludos.

  • Francisco Gascó
    Publicado el 08:36h, 26 julio Responder

    ¡Gran entrada Jorge! ¡Muy clara, concisa y divulgativa! ¡Y lo bien que quedaremos este verano al explicarlo! 🙂

    • jorgefdez
      Publicado el 10:52h, 26 julio Responder

      Muchas gracias Paco. Me alegra sobre todo lo de ‘conciso’, que era lo que menos seguro me tenía.

  • Federico Larroza
    Publicado el 01:00h, 27 octubre Responder

    Excelente artìculo Ing. José. Quiere decir que en ambiente cerrados este sistema incrementará los niveles de humedad. No estaría mal implementarlo pero con un extractor que vaya renovando el aire humedo que se pueda acumular en el interior.

  • Alberto Rodriguez M.
    Publicado el 20:48h, 28 mayo Responder

    1-Cotizar enfriamiento evaporativo para 100 M2 terrasa
    2-En donde estan ubicados.

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