RL por enfriamiento evaporativo de agua

Inicio este post con el fin de dar a conocer mi proyecto de RL, que tiene un par de detalles por terminar , pero que ya me ha dado bastante información para compartirla con los laneros!.

Para introducir el tema, primero plantearé la teoría que respalda el funcionamiento de mi sistema de RL. (No se asusten no pienso dar una clase, es solo algo breve )

El enfriamiento evaporativo, es un fenómeno que está presente en todos los liquidos. A cualquier temperatura existe el fenómeno de evaporación, y uno de sus efectos consiste en el enfriamiento del propio liquido durante este proceso.

Todos hemos experimentado una sensación de "refresco", cuando despues de un buen partido de fut o después de un rato de andar en la bici, decidimos "hecharnos" aire con las manos o con una toalla. Aqui directamente estamos "percibiendo" el fenómeno en cuestión, ya que gran parte de nuestro sudor es agua, y al dirigirle aire la estamos evaporando, lo que consigue refrescarnos:-p .

La explicacion es simple: cuando una corriente de agua, dispersada en gotas recibe una corriente de aire, comienza a acelerar su evaporación (y mientras más rapido pase el aire, también la gota se evaporará mas rapido). En este proceso, las molécolas de agua que se convierten en vapor, retiran del líquido que permanece parte del calor que de por sí ya tiene (por ejemplo del agua que sale del conjunto de bloques CPU-VGA-Chipset ya calientita). Como el calor que se necesita para evaporar un gramo de agua es mucho mas grande que el que tiene el agua (llamado calor sensible= calor que tiene una sustancia al estar a una temperatura), el efecto neto que se consigue al enfriar la gota es bajar su temperatura incluso unos grados mas abajo de la temperatura ambiente.

Mientras menos humedad inicial tenga la corriente de aire, mas rápido se evaporará la gota y en el proceso se irá enfriando mas y mas hasta un límite. Si la humedad que tiene el aire se va aproximando al 100%, tendremos una reduccion gradual del grado de enfriamiento, y la evaporacion se reducirá tambien. Si este 100% de humedad es permanente, el efecto neto que resultará es condensación pero no enfriamiento, aun a pesar de seguir existiendo evaporación.

Bueno al grano!, hasta yo mismo me volvía a enredar con tanto rollo .

Bien llego la hora de la experimentación, para demostrar como es que trabaja el sistema.

Objetivo: Desmostrar como funciona el principio de "enfriamiento evaporativo"

Material:

Un ventilador de 8 cms, conectado a un eliminador de bateriar con selector de voltaje (fijado en 7.5 V)
Sonda termica cuya resistencia electrica disminuye al aumentar la temperatura
Termometro de mercurio de -35 a 50ºC calibrado con estandar ASTM
Multimetro analogico (se estropeo el digital )
Cronómetro.

Procedimiento:
1.- Ubicar la sonda termica sobre el bulbo del termometro de mercurio, de tal forma que practicamente esten en contacto durante todo el experimento

2.- Ubicar el conjunto cerca del ventilador, ubicado de tal forma que mantenga un flujo de aire directo sobre el bulbo y la sonda

3.- Ajustar voltimetro para que mida resistencia electrica en el rango 10x (la lectura se multiplica por 10 y se tiene resultado en Omhs)

4.- Llevar a cabo la mediciónes siguientes:

(a) Sin ventilador, tras esperar unos 5 minutos, medir la temperatura y la resistencia. Esto para establecer las condiciones iniciales. Ajustar cronometro a ceros
Es importante no tocar la sonda ni el bulbo en este paso, para no meter errores en la lectura inicial. Dejar unos 5 minutos con el ventilador a pagado para obtener datos reales

(b) Activar ventilador. Activar cronometro. Medir la temperatura y la resistencia tras 30 minutos, para asegurar equilibrio.

(c) Apagar el ventilador. No detener el cronometro. Esperar 5 minutos. Colocar una gota de agua en el conjunto bulbo-sonda. Esperar otros 5 minutos y medir resistencia y temperatura.

(d) Activar ventilador. Tomar datos de temperatura y resistencia a a los 5 minutos.

Resultados:

Este el el arreglo del equipo antes del experimento:

Esta es la lectura despues de esperar 5 minutos con el ventilador apagado, antes de iniciar la primer prueba:

Tras 21 minutos, vemos que el sol esta calentando la habitacion

Al parar la prueba y dejar que se equilibre

Vemos que ha respondido al calentamiento de la habitacion, pero practicamente no hay cambios apreciables en la temperatura.

Ahora colocamos una gota de agua en la zona bulbo-sonda,

yo creo que no esperamos mucho ya que el agua se esta evaporando!!! , encendemos el ventilador

En menos tiempo del que se podria esperar, tenemos un enfriamiento neto de 4.5ºC abajo de la temp ambiente!!!


Las condiciones al final de la prueba son: Humedad ambiental 40%, Tamb: 18ºC. El punto de rocio que hemos obtenido está en 13.5ºC (por tablas esta en aprox 11ºC). El punto de rocio en el que puede ocurrir condensacion esta en los 5ºC.

Conclusion:
Este sistema es mejor que una RL normal de circuito cerrado.

Depende mucho de la humedad ambiental y de como este configurado el equipo. Sin embargo la mas alta temperatura que podemos esperar en el agua del deposito en la zona de enfriamiento es la temperatura de bulbo humedo que en el 100% de humedad es igual a la Tambiente y es igual a la temperatura del punto de rocio del agua.

El potencial "máximo" de enfriamiento del agua que podemos tener está relacionado directamente con la humedad y la temperatura ambientales. Asi vemos que la menor temperatura que podremos alcanzar es la de bulbo humedo.

El limite en el cual puede ocurrir condensación es la temperatura de rocío o "dew point", que esta varios grados mas abajo de la temperatura de bulbo humedo.

Dos parametros deben considerarse antes de pensar en montar un sistema de este tipo: % Humedad y Temperatura de rocío. Una buena forma de saber si sirve o no es monitorear el clima durante un par de semanas, con ayuda de un visor de clima como este:
http://www.singerscreations.com/AboutWeatherWatcher.asp

Para tener un sistema equiparable en rendimiento, deberan tenerse volores de humedad comprendidos entre 30% y 100%, considerando un 100% relativo a la epoca de lluvias.

Mas adelante pondré algunos detalles de los componentes que he construído y mostreré una prueba de rendimiento, algo sencillo que demuestra como es que funciona en la práctica!

Saludos

Estoy preparando las fotos, ya que han pasado casi 9 meses y medio desde que lo armé, varios puntos se han deteriorado un poco, ya los estoy considerando como mejoras para la siguente torre de enfriamiento (que ya está en papel!!!), este primer diseño, es solo un prototipo, ya es momento de hacerle una evaluacion y claro que no me he olvidado de las fotos, ya vienen.

Debo aclarar que el principal punto a considerar es el mantenimiento, es mas demandante que lo que se le tiene que hacer a una RL de circuito cerrado , pero que caray, en vias de recibir mi proxima placa base una MSI neo2 PFS, pues me he preparado para hacer un OC decente!.

No me ha convencido del todo el sistema de las vaporchill, es tremendo pero tambien lo es el consumo de energía, en mi pais los Watts extras no son baratos asi que tengo esperanzas que mi torre me saque de problemas!

Es mas, he visto un enfriador de agua, de esos de oficina, de unos 35 cms de alto x 20 de ancho y de 30cms de largo que me parece tiene lo que busco una celula peltier, el objetivo es usarla en lugar del cambiador de calor de tubos de cobre, pero me da que va a consumir mucha energía, no sé ya hare el experimento y les comneto

Gracias por los comentarios. Todo lo que he puesto es 100% casero, algunas cosas las he reciclado y otras las he tenido que diseñar desde cero=). El acabado lo he tratado de pulir pero mis tecnicas aun son rudimentarias, sin embargo espero superarme.

Aqui un adelanto (son fotos del proyecto antes de su diseño final, cuando lo terminé en sus partes mas básicas, ya pondre mas detalles del prototipo actual)



Este es un detalle de la cámara húmeda, ubicada sobre el cambiador de calor de tubos de cobre. Sobre estas rejillas (6 en total, separadas unos 2 cms entre sí, hechas con tela de mosquitero), estan un ventilador de 2700 rpm (lado izquierdo) y un ventilador-dispersor (a la derecha, modificado para dispersar el agua sobre la cámara)

Claro que he considerado la situacion del ruido y de las turbulencias!. Ya que por eso he conseguido un regulador para los ventiladores.

El rendimiento de un sistema como este se mide en términos de la diferencia: Tagua- Trocío. Para un sistema de alto rendimiento, este delta (D) es igual a 5ºC. En promedio mi sistema tiene un delta: D = 11ºC. Puedo incrementar su eficiencia logrando bajar por lo menos 2ºC, al aumentar solo 200 rpms (claro que puede ser un poco mas!, pero es alentador!).

Tengo por aquí otro PC, tiene un PIV a 2.4@2.5 GHz. Tiene una placa similar a la que tenía antes una PERL865. El asunto es que las temperaturas que tiene ese tarro son: TCPU (IDLE): 43ºC, TFull: 58ºC. Chipset y case: (en idle) 38ºC y en full hasta 45ºC. con una Tambiente de 19ºC

Aparentemente este procesador se comporta como mi Celeron cuando estaba refrigerado por aire, claro que no aviento las campanas!, ya que este PIV, presenta características térmicas diferentes al Celeron, pero veo con agrado que por lo menos si no me hago de un PIV como el que quiero (a 3 o 3.2 GHz), este a 2.4 puede resultar mas adecuado para el OC y con un comportamiento muy similar a mi actual micro!

El circuito trabaja de esta forma: la bomba sumergible en el depo (de 7 lts), impulsa el agua hacia el bloque del micro. De aqui sale al bloque dual de la tarjeta de video (un bloque de cobre sobre el procesador de la VGA y otro bloque colocado sobre el conjunto de mosfets). El agua pasa despues al cambiador de calor (de tubos de cobre de aprox 2 m lineales, con un delta de 2 ºC), el cual se ubica en la base de la cámara de enfriamiento evaporativo, por lo que está continumente enfriado a la máxima temperatura de enfriamiento de la torre

La descarga del cambiador va hacia un ventilador-dispersor, ubicado en la parte superior. Aqui la corriente es separada en pequeñas gotas sobre un grupo de 6 rejillas verticales de tela de mosquitero de plastico. Estas se encargan de proporcionar un tiempo de residencia estable para las gotas de agua. Aunque hay un flujo constante, es posible tener "una película" de agua lo sificientemente delgada, como para permitir la evaporacion del agua.

loquilloh2o dijo:

El enfriamiento evaporativo da excelentes resultados en climas secos, en uno como el mio (Buenos Aires) es desastrozo ya que tenemos un al´tisimo porcentaje de humedad ambiente, con lo que practicamente no enfría nada
Solo por eso me iría unos días a un ligar bien seco para poder jugar un rato con una cosas de estas

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Desafortunadamente mas humedad ambiente menos rendimiento.

Para quienes podemos aprovechar el clima con este tipo de sistemas es mas que factible.

Insisto en el hecho de la limpieza. En este tipo de sistemas es vital. Pero he dado con una solucion que parece la ideal. Par cada litro de agua una gota de cloro (con el que se usa en casa es mas que suficiente ).

Al principio daba limpieza al sistema cada semana, ahora con esta técnica ha pasado un mes y no he tenido problemas!. Solo que en cada recarga de agua he procurado eliminar la anterior, ya que los depósitos de carbonatos se incrementan de no hacer esta operación.

Alguien podrá decir que despercicio de agua. Posiblemente tenga algo de razon, pero el agua que retiro, la voy acumulando y la uso en el baño, para hacer la limpieza de la casa, en fin y como está desinfectada, pues tiene el uso que daría a una cubeta de agua limpia.

No hay una ataque apreciable sobre el cobre, de hecho no se ha puesto verde, al contario, se mantiene en un color negruzco, pero lo normal por el paso del agua

Una foto mas pero con los nuevos LCD´s en su lugar (algo tirado el escritorio mas tarde le doy una limpieza y ordeno cables, queria ver el sistema con su nuevo componente )

FERNAROK dijo:

para los que quieran saber las condiciones de humedad relativa y temperatura de su parte de la ciudad les recomiendo que visiten la drogueria mas cercana. El ministerio de salud les exige tener un psicrometro y aunque deberian ellos llevar un registro de esos datos no lo llevan(cosa rara....para nada.... tipico) entonces toca que ustedes se pasen para hacer un registro pequeño y ver que se puede esperar de su sistema evaporativo

segun he estado revisando parece que bukaramanga tiene unas condiciones que permiten realizarla y esperar buenos resultados..hasta ahora datos preliminares de estos dias
humedad relativa---------entre 45-65 % sin lluvia claro
temperatura -------------entre 20-30 grados C

haciendo la tarea...............

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Jeje buen punto

Haber si en este visualizador de clima te puedes apoyar:
http://www.singerscreations.com/AboutWeatherWatcher.asp
Tiene una opcion para ir guardando los datos cada vez que te conectes a internet y de esta forma ir armando la base de datos

Una forma de construir un Psicrometro es conseguir dos termometros de 0 a 50ºC. Ambos se fijan en una tabla, uno de ellos lo dejas libre. Al otro le pones un cordel o agujeta algo que te permita mantener el bulbo cubierto con este cordel. El otro extremo del cordel lo sumerges en un recipiente con agua, déjalo a la altura del bulbo. Por capilaridad el agua siempre mojará el bulbo

Con este aparatito ya tienes un psicrometro casero. Facilmente puedes ver la Tambiente (bulbo seco) y la T de bulbo húmedo.

Se cuelga en una pared (solo que cubierto, pues por si llueve para que no se moje el termometro libre). Solo hay que dejarlo ventilado para que el bulbo húmedo haga su trabajo

Con esto puedes estudiar el clima de tu localidad. Con los datos correctos, puedes construir una carta Psicrométrica. Pero principalmente , verás si es posible montar el equipo evaporativo o nó!

PD: bien, bien con esa tarea

Bien que te he hallado en el programa!
Desde acá puedo monitorear tu ciudad, aparentemente hay posibilidades de que funcione

Mirando los datos, veo que ha estado lloviendo en estas épocas, ya que por ahora el hemisferio sur está en verano y por acá estamos en invierno, pero las temperaturas son muy semejantes

omegathekiller dijo:

mis respetos MASTER CYGNUSX!!! esos son los modders, la cultura del rebusque!!!! karmazo mas que merecido.

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Se agradecen los comentarios. Ya estoy planeando mi segunda torre, espero que quede mejor que esta que es un prototipo.

RALLON
Respecto al bloque. Si no deseas invertir mucho en un bloque de "marca" y deseas construirte uno. Lo mejor es que no te compliques con el diseño y usa materiales que tengas a la mano. Lo mínimo que necesitas para el bloque es una placa de cobre de 6 mm de espesor, un trozo de acrílico, dos conectores, tornillos y silicon.

Prácticale unos 5 o 6 canales paralelos de 0.4 mm de ancho por 0.4 de profundidad, y deja entre ellos aletas de aprox 0.3 a 0.4 mm de ancho. Las 5 o 6 aletas resultantes, proporcionan el área suficiente de transferencia de calor como para disipar en el agua el equivalente al calor generado por un foco de 150 Watts!!! sin mayor impacto en la temperatura del agua. Claro que las temperaturas de equilibrio dependerán en gran medida de la eficiencia de tu sistema de enfriamiento.

Un bloque muy básico solo requiere de un buen flujo de agua en el interior. No es necesario gran presión en este tipo de bloques, son poco restrictivos. En mi caso el flujo de agua dentro del bloque no supera los 75 lts/hr. Y mira los rendimientos que tengo. Ahora hay 23ºC ambiente y el micro está trabajando a 16 - 17 ºC en IDLE y en full no pasa de los 23ºC. El bloque en idle está apenas 0.5ºC arriba de la temperatura del agua..

Para mí esto es la eficiencia real de un bloque de cobre, que en condiciones de poco trabajo del CPU, mantenga una temperatura apenas mayor a 1ºC o 2ºC respecto a la temperatura del agua en el depósito y que en condiciones de mucha carga, sea capaz de lograr una condicion de equilibrio lo mas rápido posible. Al regresar a las condiciones de poca carga, el bloque ayuda mucho a enfriar el micro y en no mas de 5 minutos, es capaza de regresarlo a las condiciones mas o menos iniciales. Esto se conoce como gradiente de enfriamiento.

Mientras menor sea este gradiente, mas eficiente es el bloque. En mi caso de los 23 ºC baja a los 16º en 1 minuto. El gradiente de enfriamiento es de (16 - 23)/(1 - 0) = -7 ºC/min. Claro que esto es resultado de una combinacion de factores, pero el bloque es un 50% responsable. El 50% restante está dado, por la eficiencia de la pasta térmica y del sistema de enfriamiento



Los canales los hice con un taladro-rotomartillo, ya que no tengo una CNR o un talador de banco. Costó trabajo, varias ampollas, pero los resultados han valido la pena.

El sello lo he logrado colocando silicon RTV azul. La tapa de acrílico tiene 3 mm de espesor y está sujeta al bloque mediante 4 tornillos allen. Los conectores, provienen de niples para tuberia de gas, está fijos al acrílico mediante su propio roscado y el sello lo hice con resina epoxica de la denominada "plastiacero". Desde hace mas de un año no he tenido problemas de fugas ni nada por el estilo. El secreto está en dejar "curar" bien los materiales antes de montarlos: el silicon RTV, alcanza sus propiedades plásticas en 4 dias. Colocándolo a manera de cordón, cuando cura obtienes un empaque toriodal bastande efectivo. La resina epóxica alcanza su dureza máxima en 3 días. La resina epóxica de curado rápido no sirve para el trabajo, se torna quebradiza.

El bloque está sujeto a las arandelas de la placa, con ayuda de dos soportes de cobre, rebajados en los extremos de tal forma que entren como pasadores.

En una RL normal pasa como con el enfriamiento con aire. Siempre tendrás temperaturas por arriba de la temperatura ambiente. Sistemas mas avanzados como celdas Peltier, de ciclos de refrigeración (compresion-expansión), por su naturaleza se puede lograr esta condición.