Al referirse al confort térmico, la humedad representa un papel fundamental, ya que entre mayor sea su concentración en un espacio, la sensación térmica de calor aumentará
Manuel Merelles
En cualquier espacio, cuando el aire se encuentra saturado de humedad, se dificulta el mecanismo de transferencia de masa que se lleva a cabo de forma natural con el ambiente. Uno de los resultados de este fenómeno es que la energía que emiten las personas en el lugar no se elimina a través de la transpiración, con lo que se presenta una capa de sudor que aumenta la sensación de calor e incomodidad en los ocupantes. De igual manera, cuando un ambiente se encuentra saturado de humedad es más difícil cambiar el estado térmico porque la presencia de moléculas de agua en el aire aumenta su capacidad calorífica.
Ciertas sustancias poseen la capacidad de absorber o de ceder humedad al medioambiente; a esta característica se le denomina higroscopía. Todos los compuestos que permiten atraer agua en forma de vapor o de líquido del ambiente se consideran higroscópicos. Esta característica los convierte en elementos útiles para emplearse como agentes desecantes. Algunos de estos elementos reaccionan químicamente con el agua, como los metales alcalinos o los hidruros, mientras que otros de ellos, como el sulfato de sodio, la atrapan a manera de agente de hidratación en su estructura cristalina.
Los desecantes típicos son sustancias que generalmente forman sales hidratadas y anhídridas. Los desecantes en uso comercial caen en alguna de las siguientes tres categorías: geles, alúminas o tamices moleculares. Algunos de los más comunes son el gel de sílice, la alúmina activada, la arcilla desecante y la malla molecular.
El gel de sílice es muy económico, el que más se comercializa y cuenta con diversas aplicaciones. En la Ciudad de México, se emplea en las salas de exposición de algunos museos para controlar los niveles de humedad presentes en el ambiente, con la finalidad de mantener óptimas condiciones y cuidar las obras exhibidas.
Sistema de ventilación desecante
De acuerdo con Juan Pablo Jiménez, coordinador Técnico de Energía del Instituto Andaluz de Tecnología, el fenómeno de adsorción se lleva a cabo a nivel superficial mientras que el de absorción es de carácter volumétrico. En el proceso de adsorción, los átomos y moléculas de un fluido son capturados por los materiales con porosidad alta, los cuales tienen la capacidad de retener la mayor parte de las moléculas que entran en contacto con ellos. De tal manera, los materiales adsorbentes permiten capturar las moléculas de agua presentes en una corriente de aire hasta alcanzar su punto de saturación. Más tarde, se procede a eliminar la humedad capturada a través de una corriente de mayor nivel térmico, en un proceso denominado regeneración del desecante. Una de las aplicaciones más comunes en las que se utilizan los principios de adsorción se conoce como ciclo abierto de refrigeración desecante.
Los elementos que complementan el sistema desecante son la rueda desecante, el regenerador y los enfriadores evaporativos; cada uno cumple con una función particular dentro de la totalidad del sistema.
La rueda desecante presenta una disposición geométrica en la que se lleva a cabo el proceso de regeneración de desecante mediante la alternancia entre el régimen de adsorción y desorción. Una de sus ventajas es que permite realizar el proceso de secado de forma continua. El principio básico de la rueda desecante es que se sopla aire a través de su estructura y la humedad contenida en el aire es absorbida por el elemento con el que está fabricado, por lo general un material corrugado de fibra de vidrio impregnado de sustancias higroscópicas con gran capacidad de retención de humedad; comúnmente, se utilizan el gel de sílice o el cloruro de litio para realizar esta tarea.
La transferencia de vapor de agua en el aire hacia el material con el que se construye la rueda desecante representa un proceso adiabático, porque no involucra un intercambio de energía. La rueda desecante remueve el exceso de humedad sin transferir o retirar calor del aire en el proceso; sin embargo, el calor latente que se asocia con el vapor de agua se libera en el aire seco en forma de calor sensible.
La mejor rueda desecante es aquella que permite una mayor captura de humedad y que requiere la menor cantidad de energía para reactivar el desecante; por tanto, al seleccionar un deshumidificador, es de suma importancia evaluar la cantidad de humedad que es capaz de captar por cada libra de aire que procesa, así como la cantidad de energía que necesita para reactivar el material.
El regenerador se encarga del calentamiento de una corriente de aire para llevar a cabo la regeneración del desecante. Este componente puede complementarse con energía térmica-solar (refrigeración solar mediante desecantes).
El proceso de regeneración del desecante requiere temperaturas de entre 80 y 90 grados centígrados. El enfriador evaporativo, por su parte, permite el enfriamiento del aire mediante la evaporación de agua.
Algunas de las ventajas que presenta el uso de deshumidificadores son mejora en la calidad del aire interior, prevención de hongos, reducción de los costos por consumo de energía y prevención de la corrosión en los sistemas.
Aplicaciones
Esta tecnología es utilizada en lugares donde el control de humedad y corrosión es vital, como hospitales y sitios industriales. Además, la deshumidificación tiene experiencia probada en pistas de patinaje, piscinas climatizadas y en recintos cerrados donde se llevan a cabo actividades deportivas.
Otra de las aplicaciones de agentes desecantes en la climatización se encuentra en la tecnología conocida como filtro deshidratante. El filtro deshidratante es un depósito de fluido frigorífico que se encuentra en estado líquido y que contiene un desecante que retiene el agua susceptible de circular por el circuito de climatización, además de unos filtros que cumplen la función de retener impurezas en el sistema.
Algunos de los principales problemas presentados en las cámaras de congelados están relacionados con la escarcha, el hielo y la nieve, elementos producidos por la humedad del aire que se filtra a través de las puertas de acceso a la cámara. Normalmente, una cámara de congelación se mantiene a una temperatura de aproximadamente -25 °C. Debido al alto costo y a los problemas técnicos que representa la remoción de humedad a bajas temperaturas, resulta complicado recurrir al subenfriamiento del aire. Una alternativa que ha presentado buenos resultados a esta problemática ha sido utilizar un desecante sólido que utilice su capacidad higroscópica para que al entrar en contacto con el ambiente disminuya los niveles de humedad.
Refrigeración solar mediante desecantes
Este sistema emplea la energía solar para alimentar una máquina enfriadora térmica, que puede ser de absorción o de adsorción, y que produce agua fría de forma análoga a como lo hacen las enfriadoras de compresión térmica.
Las enfriadoras por absorción y adsorción trabajan bajo los mismos principios, pues se basan en reacciones físico-químicas entre un refrigerante y un elemento absorbente que se presenta en estado líquido, o un elemento adsorbente que se presenta en estado sólido. Estas reacciones son accionadas por energía térmica, que en el caso de la energía solar es el agua caliente. Al referirnos a las máquinas absorbentes, el tipo de captadores óptimos son los planos selectivos, de concentración o de vacío, mientras que en las máquinas adsorbentes se permite el uso de captadores planos.
Otro sistema que utiliza elementos desecantes para producir aire frío es el sistema de desecación, cuyo ciclo consiste en secar el aire por climatizar al inicio del proceso para después enfriarlo mediante humidificación. Este sistema permite un control muy preciso de las condiciones de confort, ya que opera de manera independiente las cargas latente y sensible. El equipo principal es una rueda desecante que gira lentamente, adsorbiendo el agua contenida en la corriente de aire y es regenerada por energía solar a baja temperatura. La regeneración permite mantener la capacidad desecante del material mediante la evaporación de agua.
En una unidad de tratamiento de aire, se introduce un rotor desecante y un humidificador sobre el flujo de aire de impulsión con la finalidad de utilizar el rotor para secar el aire y después utilizar el humidificador para enfriarlo mediante evaporación adiabática. Una de las ventajas que presenta este tipo de sistemas es que muestra un consumo energético muy bajo, en comparación con el que requiere una enfriadora de compresión eléctrica para aportar la misma potencia frigorífica.
Las aplicaciones de los agentes desecantes en climatización presentan tal diversidad que incluso son utilizados para la industria automotriz, ya que existen bolsas desecantes termoformadas, diseñadas específicamente para solucionar problemas de humedad relacionados con los sistemas usados en los automóviles, como prevenir la corrosión interna o mejorar la confiabilidad de los sistemas de aire acondicionado en camiones y autobuses, así como la mejora de los sistemas usados en vehículos de transportación refrigerada.
La deshumidificación en refrigeración se halla también en aplicaciones tan variadas como la investigación científica, la industria farmacéutica, la industria biotecnológica, la química, la industria del almacenamiento y la fabricación de neumáticos y caucho.
Los agentes desecantes y sus distintos usos son una gran herramienta y un elemento vital para el manejo y el control de la humedad en los sistemas de climatización y refrigeración, con lo que se busca un correcto funcionamiento de los sistemas, de modo que se optimice el consumo energético y se asegure el confort de los usuarios.
