Consumo de agua en sistemas de climatización

La reducción en el consumo de recursos naturales es una práctica que han adoptado los fabricantes de sistemas de climatización y refrigeración. En el caso de los equipos residenciales, existen alternativas aplicables en el país, las cuales suponen beneficios económicos y ambientales

René Martínez, Jorge Salas y Héctor Quevedo

En 1906, durante una conferencia en la convención de operadores de máquinas trilladoras de algodón, el ingeniero Stuart W. Cramer acuñó el término aire acondicionado, pero los primeros enfriadores evaporativos aparecieron a principios de los años 30, cuando las personas colgaban paños mojados en las ventanas de sus casas y con ayuda de ventiladores eléctricos empujaban el aire al interior.

Para 1933, miles de enfriadores de este tipo ya eran utilizados en Arizona; posteriormente, los paños húmedos fueron sustituidos por paja (Aspen) y, en forma experimental, alguien colocó un ventilador en una caja cubierta por el frente, clavando en la parte posterior de la caja dos pulgadas de Aspen húmedo sujetas en forma de sándwich por una malla de gallinero; el Aspen era mojado por agua que corría a través de tubos de cobre perforados. Dos años después, se popularizaron los Desert Coolers y la gente le solicitaba a la compañía Southwest Sheet Metal Co., de los hermanos Goettl, que fueran fabricados en metal (según datos proporcionados por la marca IMPCO).

El interés que la gente manifestó en adquirir un equipo que les permitiera disminuir las elevadas temperaturas en la época de verano fue evidente. A la fecha, más de un millón y medio de hogares mexicanos cuentan con sistemas de enfriadores evaporativos.

Por otro lado, se ha requerido de la innovación de nuevos sistemas, debido a que los evaporativos no son lo suficientemente efectivos cuando la temperatura rebasa los 32 grados centígrados o se aproxima a los 38 grados centígrados; éste es el caso de equipos evaporativos para uso residencial, conocidos en el mercado como Master Cool, que salieron a mediados de 1930 y cuya característica principal es que puede disminuir más la temperatura en comparación con los evaporativos convencionales.

La adquisición de estos aparatos, por razones económicas, no es accesible para todos los grupos de la sociedad. Gente de alto nivel económico y de clase media alta no tiene problemas para lograr las condiciones de confort en sus residencias, ya que instalan paquetes de unidades de refrigeración.

Le sigue la gente de clase media y baja, que en su mayoría adquiere evaporativos convencionales.

Los principios fundamentales de operación de un aire evaporativo son relativamente simples; se trata de un intercambiador de calor que usa un proceso de evaporización que inyecta aire del exterior a través de una pared húmeda; al entrar en contacto el aire seco y el caliente con el medio húmedo, el aire cede parte del calor, desprendiendo la pared húmeda partículas de agua en forma de vapor, característica por la que les es posible disminuir más la temperatura, en comparación con los evaporativos convencionales.

El calor latente se conoce como la temperatura de bulbo húmedo y es posible medir su efecto utilizando un termómetro normal, al cual se le pone una gasa húmeda en el extremo del bulbo. La gasa limpia absorbe agua y la evaporización de ésta reduce la temperatura, que es registrada por el termómetro, tal como se puede observar en la figura 1.

Un reporte del uso de los sistemas de enfriamiento por evaporización de la American Water Works Association (AWWA, por sus siglas en inglés) menciona que durante los meses de verano el porcentaje de agua consumido por las casas-habitación es de aproximadamente 15 por ciento, y se considera que el sistema de enfriamiento por evaporización es uno de los métodos más viejos, pero también más eficientes en ahorro de energía.

Un equipo de aire evaporativo está compuesto de un gabinete de lámina galvanizada u otro material, como plástico o fibra de vidrio; su forma puede ser rectangular, cuadrada o cilíndrica. En el caso de los dos primeros, en su interior tienen montada una turbina grande, que debe estar balanceada para generar aire al máximo con una operación silenciosa, impulsada por una banda tipo “V” desde un motor eléctrico situado arriba de la carcasa, la cual envuelve a la turbina. Cuando la descarga es hacia abajo, en cada lado tiene una tapa provista con rejillas para la entrada del aire exterior y en ellas se montan los filtros o paredes de Aspen u otro material que es humedecido mediante un sistema de distribución de agua, instalado en la parte superior del gabinete y alimentado por una bomba de agua colocada en la parte interior de dicho gabinete.

Diseño y operación de un Master Cool
El equipo del sistema de aire Master Cool se compone de un gabinete metálico impermeabilizado. En su interior tiene instalada una turbina y, entre algunos otros, están los siguientes elementos: la pared o filtro de papel preformado (CELdek), material que es humedecido mediante un sistema de distribución de agua e instalado en la parte superior del interior de dicho módulo; el filtro es alimentado por una bomba de agua colocada también en la parte inferior del interior de la base de este último. Además, cuenta con una tapa provista con rejillas para la entrada del aire exterior.

La tabla 2 muestra una relación de los millones de litros de agua por mes que se consumen en estos sistemas de enfriamiento.

Factores que influyen en la comodidad
En experimentos desarrollados por la American Society of Heating, Refrigeration and Air-Conditioning Engineering (ASHAE, por sus siglas en inglés) se encontró que siempre habrán personas que se sientan incómodas; sin embargo, las normas de comodidad se establecieron para la mayoría y dentro de éstas se ubican las Máximas Condiciones Tolerables, concepto destacado en sistemas de enfriamiento, sobre todo en áreas muy calurosas y con grandes cargas de alumbrado, donde la temperatura no debe exceder de 29 grados centígrados, de acuerdo con los diseñadores de aire acondicionado.

En regiones como el norte de México, las condiciones recomendables para el verano varían de los 22 a los 29 grados centígrados con humedad relativa en el rango de 40 a 60 por ciento como máximo.

El acceso a estos parámetros de temperatura, entonces, no es tan fácil de conseguir, pues se requiere de un consumo tanto de electricidad como de agua de gran consideración; además, los equipos deben tener una operación bien monitoreada y un mantenimiento constante a fin de evitar que consuman más energía.

En la actualidad, ningún material para los evaporativos es mejor que el CELdek, por lo que es necesaria la utilización de este tipo de evaporativo cancelando el sistema de bleed-off, con el propósito de evitar el desperdicio de 102 a 163.5 millones de litros de agua al mes, generado por cada 10 mil equipos.

Se recomienda reemplazar o convertir los evaporativos convencionales por evaporativos Master Cool, porque el consumo de agua de los primeros resulta muy elevado y porque su eficiencia no es tan buena. Hoy en día, no se ha encontrado un filtro eficiente que elimine el desperdicio de agua generado por el sistema de bleed-off y reduzca el consumo de los evaporativos Master Cool, por lo que se recomienda ampliar las investigaciones al respecto.

Ahora bien, si no es posible este reemplazo, se recomiendan algunas otras medidas con el objetivo de evitar el consumo excesivo de energía, como pueden ser la decoración de exteriores con colores claros, la instalación de arbustos y plantas ornamentales al interior de las residencias o la entrada de aire fresco por las mañanas y noches.

Lo cierto es que el consumo de agua no sólo implica costos en la factura de cada usuario final, sino en todo el proceso que requiere llevar agua a las distintas localidades del país, ya que la infraestructura necesaria la deben de proporcionar las instancias pertinentes.

La inversión en infraestructura para construir distribuidores de agua potable en los estados norteños del país es creciente; sin embargo, al igual que el acceso a equipos con mejor tecnología, estos servicios, en muchas ocasiones, no son asequibles para todos los sectores de la población.
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René Martínez
Es ingeniero industrial mecánico por el Instituto Tecnológico de Chihuahua. En la actualidad, es maestro en Ingeniería y está adscrito al departamento de Ingeniería Industrial y Manufactura del Instituto de Ingeniería y Tecnología en la Universidad Autónoma de Ciudad Juárez, donde se desempeña como profesor investigador.

Jorge Salas
Es ingeniero civil egresado de la Universidad Autónoma de Chihuahua, cuenta con una maestría en Ingeniería de los Aprovechamientos Hidráulicos de la División de Estudios de Posgrado de la Facultad de Ingeniería en la UNAM; además, estudió una maestría en Planeación de los Recursos del Agua por la Southerm Illinois University.

Héctor Quevedo
Es ingeniero industrial por la Universidad Autónoma de Ciudad Juárez; posteriormente, hizo una maestría en Ingeniería Ambiental en la Universidad del Paso Texas, en Estados Unidos, y se doctoró en Ciencias Ambientales y Estadística en la Universidad de Oklahoma. Actualmente es investigador de la UACJ-IIT.