El uso de sistemas de acondicionamiento de aire se ha hecho necesario en regiones tropicales húmedas a pesar de los altos costos que implica en materia económica, energética y ambiental. Frecuentemente se debe controlar y modificar no sólo la temperatura, también el contenido de humedad del aire para asegurar el confort humano y algunos parámetros de calidad en procesos industriales.
La deshumidificación mediante un serpentín de enfriamiento, método con el que se logran obtener humedades relativamente bajas o inferiores al 50 por ciento, suele resultar caro, debido a que el precio de la energía y del equipo, la operación y el mantenimiento del sistema HVAC también incrementa.
Se ha comprobado que en países donde se han implementado sistemas deshumidificadores con sales desecantes permite reducir la humedad relativa a niveles por debajo del 40 por ciento, lo que proporciona ventajas significativas en cuanto a eficiencia energética y un uso reducido de refrigerantes cloroflourocarbonados en comparación con el sistema convencional de deshumidificación mediante serpentines de enfriamiento por condensación.
Dicho sistema también permite un control efectivo de la temperatura y la humedad relativa del recinto acondicionado, lo que se traduce en una mejor calidad del aire interior y confort térmico.
Los deshumidificadores desecantes atrapan la humedad del aire al crear un área de baja presión de vapor en la superficie del desecante
Métodos de deshumidificación
Existen diferentes procesos que tiene como objetivo remover la humedad del aire, ya sea el enfriamiento por compresión mecánica de un fluido refrigerante, por compresión del aire o por el uso de materiales desecantes.
Entre los métodos para deshumidificar mediante materiales o equipos desecantes destacan los siguientes procesos:
- Deshumidificación y enfriamiento simultáneo mediante desecantes líquidos
- Con desecantes sólidos se presentan dos procesos: preenfriamiento y deshumidificación simultáneo, deshumidificación y por último enfriamiento
- Deshumidificación y posteriormente enfriamiento
Por enfriamiento
El aire puede deshumidificarse con sistemas de aire acondicionado convencionales de compresión de vapor, los cuales enfrían al aire a una presión constante hasta una temperatura inferior a la del punto de rocío, con lo que se condensa parte del vapor de agua en el aire. Es el método más utilizado en equipos de aire acondicionado comercial y residencial.
Para llevarlo a cabo, el evaporador del sistema de compresión de vapor debe operar a una temperatura más baja que la requerida, a fin de extraer la carga de calor sensible de enfriamiento del espacio acondicionado, de tal manera que el sistema tiene bajos coeficientes de operación. A veces es necesario recalentar el aire para evitar un excesivo enfriamiento.
Usualmente, estos equipos no logran reducir la humedad relativa por debajo de 60 por ciento; reducir aún más el contenido de humedad implica un aumento del costo del proceso.
Por compresión
La deshumidificación ocurre cuando se comprime el aire atmosférico hasta lograr la condensación del vapor de agua que contiene. Al comprimir el aire, se reduce su capacidad de retener humedad y la condensación disminuye el contenido de humedad en términos absolutos, aunque produce una condición de saturación.
En aplicaciones a presión atmosférica resulta muy costoso, pero vale la pena en sistemas presurizados, como el aire comprimido en procesos industriales.
En adición, requiere enfriadores y deshumidificadores desecantes instalados después del compresor, para evitar problemas asociados con humedad relativa elevada en las líneas de aire comprimido.
Mediante sales desecantes
Las sales desecantes son sustancias químicas capaces de extraer o liberar vapor de agua del aire en cantidades relativamente grandes en relación con su peso y volumen. El proceso físico que permite la retención o liberación de la humedad es la diferencia de presión de vapor entre la superficie del desecante y el aire ambiente.
Pueden clasificarse como adsorbentes, que adsorben la humedad sin sufrir cambios químicos o físicos, y absorbentes, que absorben la humedad acompañados por cambios físicos o químicos, y pueden ser sólidas o líquidas. Los deshumidificadores desecantes, en vez de enfriar el aire hasta condensar su humedad, la atrapan al crear un área de baja presión de vapor en la superficie del desecante; la presión ejercida por el agua en el aire es más alta, por lo que las moléculas de agua se desplazan desde el aire hacia el desecante.
También, emplean los cambios en la presión de vapor de su superficie para secar continuamente el aire mediante un ciclo repetitivo de tres etapas. La primera es la absorción, en la cual el desecante frío y seco atrapa humedad del aire; a medida que absorbe humedad, se calienta y humedece hasta que su presión de vapor es igual a la del aire que lo rodea. A partir de este momento no puede absorber más agua. Más tarde, se aparta del aire húmedo, se calienta y coloca en un flujo de aire diferente. Bajo estas condiciones la presión de vapor es muy alta en su superficie. Cuando la humedad sale, se llega a un punto en que el material adsorbente está seco, pero caliente, proceso al que se le conoce como desorción. Por ello, se requiere una etapa de enfriamiento para recobrar la baja presión del desecante y reiniciar el ciclo.
Recomendaciones de diseño y operación
El mantenimiento requerido es específico para cada tipo de desecante, por lo que cada sistema requiere, en algunos casos, un mantenimiento y una rutina de operación distintos.
Las sales desecantes pueden extraer o liberar vapor de agua del aire y condensar la humedad
1) Filtros de aire de proceso. Si un desecante sólido está obstruido con partículas, el material deberá reemplazarse prematuramente. Los filtros son mucho menos costosos y mucho más fáciles de cambiar que el desecante. En general, se debe cambiar o reacondicionar el desecante después de entre cinco y 10 años de operación. Sin la debida atención, la vida útil del desecante se puede reducir de uno a dos años
2) En los filtros de reactivación o regeneración el aire es filtrado antes de entrar al calentador de una unidad desecante. Si los filtros están obstruidos y el flujo de aire se reduce, el desempeño de la unidad puede disminuir, porque no hay suficiente aire para cargar debido a la humedad existente en el desecante
3) Ductos de reactivación o regeneración. El aire que deja la sección de reactivación o regeneración es caliente y húmedo; cuando las unidades apenas comienzan en aplicaciones con gran carga de humedad, el aire de reactivación puede estar cerca de la saturación e incluso contener pequeñas gotas de agua; por lo tanto, el ducto que lleva el aire fuera de la unidad debe ser resistente a la corrosión, porque la condensación puede ocurrir dentro de los ductos, particularmente si los ductos pasan a través de áreas sin calentamiento en climas húmedos, como las zonas costeras de México. Si la condensación es probable, el ducto de trabajo debe diseñarse con drenajes en puntos bajos o dispositivos que permitan que el condensado fluya fuera del ducto
4) Fugas. Todas las unidades desecantes producen aire seco en una parte del sistema; si el aire húmedo se filtra al ducto del aire seco o a la unidad, la eficiencia del sistema se reduce. También se desperdicia energía si el aire seco se fuga a través de las conexiones de los ductos de distribución; por ello, las conexiones en ductos para sistemas desecantes deben estar fuertemente selladas.En aplicaciones que requieren puntos de rocío muy bajos, los ductos y el sistema desecante casi siempre se prueban, con el objetivo de verificar fugas a presiones mayores a las esperadas en operación normal.
Como el equipo desecante suele ser de construcción duradera, frecuentemente se perfora la carcasa de la unidad deshumidificadora para proveer soporte a tuberías, ductos o instrumentos. Eventualmente, por estas perforaciones se fuga aire o desecante, por lo que cualquier perforación en el sistema se debe sellar fuertemente usando medios mecánicos y selladores
5) Control de flujo de aire. El desempeño de los deshumificadores depende de qué tan rápido pasa el aire a través del desecante. Los cambios en la velocidad afectan el desempeño. Es importante cuantificar el flujo de aire a través del proceso y las partes de la unidad de reactivación o regeneración. A menos que se conozcan ambos flujos de aire, es imposible determinar si la unidad opera correctamente. Asimismo, si la velocidad excede el valor máximo de diseño, el aire puede llevar partículas de desecante o gotas fuera de la unidad y dentro del ducto de aire de suministro.
Muchas unidades desecantes están equipadas con un control manual o automático de dampers que regulan el flujo de aire; si éstos no son provistos con la unidad, se deben instalar en algún lugar del sistema.
Las corrientes de aire de proceso y regeneración o reactivación se tienen que ajustar correctamente después de que todos los componentes internos y externos del ducto se han unido, pero antes de que el sistema entre en funcionamiento. Los instrumentos de flujo de aire miden el flujo volumétrico actual, el cual debe convertirse en flujo estándar con el propósito de calcular el flujo másico.
La descripción general de los diversos procesos y equipos de deshumidificación de aire por sales desecantes es de suma importancia para el sector, así como los tipos de sales desecantes, sus propiedades, los diferentes procesos en que se pueden aplicar, los componentes y sistemas de funcionamiento, entre otros.
Conocer algunas recomendaciones de diseño y operación del sistema como parte de un proyecto es un extra en la búsqueda de que este tipo de sistemas se utilice en las regiones costeras del país.
