ARTÍCULO TÉCNICO • 28.04.2020

Diferentes formas de deshumectación

La motivación y necesidad de abordar el proyecto es debido a que la mayor parte de las instalaciones del sector edificación no residencial tienen elevada carga latente.

Por ilustrar con unas cifras orientativas, para un edificio de oficinas ubicado en Málaga, con una superficie útil de 100 m2, una ocupación de 10 personas durante 10 horas al día y unos cerramientos de acuerdo a lo establecido en el código técnico de la edificación, la carga latente representa el 21,38% de la carga térmica total del edificio para una consigna en humedad relativa del 50%.

Prototipo de acondicionador de aire con deshumidificación mediante líquidos desecantes

Rango de condiciones de confort

Las horas, en las que un proceso de secado resulta efectivo, para alcanzar las condiciones de confort oscilan entre las 1.000 y las 4.000 horas en ciudades como Almería o Málaga suponiendo prácticamente el 50% de las horas del año.

Fig. 1. Valores horarios de condiciones exteriores (temperatura y humedad) susceptibles de acondiciones mediante secado adiabático en Málaga

En la figura anterior se puede observar como para el caso de la ciudad de Málaga, el número de horas al año susceptibles de ser tratadas mediante un secado adiabático abarca gran parte del año (3.775 horas) siendo la zona sombreada el área de confort, entre 21º y 26 ºC 30 y 60% de humedad relativa.

En términos energéticos, llevar estas condiciones horarias de temperatura y humedad a condiciones de confort (área azul), supone un ahorro de 1.72 kWh/kg de aire seco tratado durante un año natural, es decir, 1.72kWh por cada kg de aire seco tratado en una hora a lo largo del año, con una distribución horaria como se muestra en la siguiente figura

Fig. 2. Reducción horaria en carga latente mediante secado isoentálpico por kilogramo de aire seco tratado en una hora durante un año.

Deshumectación del aire

En la actualidad existen varios sistemas para deshumectar e aire. Entre ellos se encuentra el proceso de deshumectación llevado a cabo por climatizadoras convencionales bajo tratamiento frigorífico. Es necesario enfriar el aire para reducir la humedad por debajo de lo necesario para cubrir la demanda, para posteriormente calentarlo.

La evolución del aire pasa por disponer de un sistema que enfríe el aire hasta saturación, a continuación se elimina la humedad condensando el vapor de agua sobre la superficie del intercambiador de calor hasta llegar a la humedad requerida, la temperatura en este punto es baja para introducirla en el local, por lo que es necesario calentarla hasta la temperatura de impulsión. Es decir, para llegar a las condiciones de impulsión requeridas es necesario enfriar el aire y luego recalentarlo.

Fig. 3. Proceso de enfriamiento llevado a cabo por deshumectadoras convencionales

Ruedas desecantes

También existe el proceso de deshumectación llevado a cabo por ruedas desecantes. Los sistemas basados en desecantes pretenden dar respuesta a algunos de los problemas anteriormente mencionados. Los sistemas desecantes más extendidos comercialmente son las ruedas desecantes. Estos sistemas se basan en la adsorción del vapor de agua al pasar a través de una matriz realizada de un material higroscópico (como el sílica-gel por ejemplo); la humedad del aire se queda en la rueda desecante obteniendo un aire caliente y seco.

La evolución del aire al ser tratado con una rueda desecante hace que se caliente y pierda humedad al atravesar la rueda desecante, para posteriormente enfriarlo intercambiando energía sensible con el aire interior. Las soluciones basadas en ruedas desecantes suelen requerir de grandes superficies para su instalación. Pese a ser una solución técnica y económicamente viable, no se haya extendido su implementación.

Fig.4: Proceso de enfriamiento realizado por ruedas desecantes.

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Líquidos desecantes

Para ello, se ha desarrollado una innovadora sección de deshumidificación basada en el uso de desecantes líquidos para el control combinado de temperatura y humedad con mejor rendimiento. Estos líquidos secantes son aceites vegetales deshidratados, por lo que capturan la humedad del aire. Inicialmente, se experimentó rociando el líquido desecante sobre el flujo de aire, pero el arrastre de gotitas de líquido por el flujo de aire y la gran cantidad de agujas inyectando líquido, hicieron que esta técnica fuera rechazada.

Posteriormente invertimos el sistema y creamos una membrana donde colocamos una capa de líquido desecante. Con el flujo de aire generamos una sobrepresión que mantiene el líquido en la membrana. El aire pasa a través de la membrana y el líquido deshidratado captura el valor del agua contenida en el aire. La ventaja del sistema de secado propuesto radica en la mejora de la superficie de intercambio disponible y, por lo tanto, aumenta la eficiencia en la transferencia de masa y energía. Todo ello ha permitido desarrollar una solución tecnológica compacta que permite incorporar la solución de secado en aires acondicionados convencionales con una inversión controlada.

Posteriormente invertimos el sistema y creamos una membrana donde colocamos una capa de líquido desecante. Con el flujo de aire generamos una sobrepresión que mantiene el líquido en la membrana. El aire pasa a través de la membrana y el líquido deshidratado captura el valor del agua contenida en el aire. La ventaja del sistema de secado propuesto radica en la mejora de la superficie de intercambio disponible y, por lo tanto, aumenta la eficiencia en la transferencia de masa y energía. Todo ello ha permitido desarrollar una solución tecnológica compacta que permite incorporar la solución de secado en aires acondicionados convencionales con una inversión controlada.

Fig.5: Esquema de diseño del deshumidificador usando líquidos desecantes.

Se analizaron varios factores para optimizar el sistema. La altura del líquido desecante marcará la cantidad de agua que será capaz de retener el líquido desecante. Por otro lado, también definirá la pérdida de presión en el sistema de ventilación. La altura de líquido será controlada con los caudales impulsados por las bombas de extracción y de impulsión de líquido.

Grado de saturación del líquido desecante

Es muy importante el grado de saturación del líquido desecante. Según se produzca la adsorción del vapor de agua en el líquido desecante se comenzará a saturar de acuerdo a una relación definida por las ecuaciones de transferencia de masa y energía del modelo matemático. Es necesario en este caso realizar una retirada de líquido desecante para poder regenerarlo; el proceso de regeneración consiste en eliminar el vapor de agua retenido en el desecante incrementando la temperatura. El tiempo característico del proceso de deshumectación marcará el caudal de descante a circular hacia la regeneración. La definición del tiempo característico se realizará bajo la suposición de un mínimo del 92% de pureza del líquido desecante. Y las condiciones de entrada del líquido desecante de entrada tendrán unas condiciones mínimas de pureza del 96% y con una temperatura próxima a la temperatura ambiente.

Fig. 6. Proceso de enfriamiento llevado a cabo por la deshumectadora mediante líquidos desecantes.

También se ha implementación un sistema de captura y retención de gotas de líquido desecante que puedan ser arrastradas por la corriente de aire de proceso. En este sentido se han desarrollado filtros específicos que capturan posibles gotas que no se hayan depositado en las superficies colectoras y/o hayan sido transportadas por la corriente de aire tratado.

Resultados prometedores

Los datos obtenidos en la experimentación inicial son prometedores. Aunque aún no serían sustitutos de los equipos convencionales, al necesitar gran volumen de aire para conseguir resultados satisfactorios. Eso sí, hemos conseguido el mismo ratio “kilogramo de agua/hora/kilovatio eléctrico”. Por lo que se nos presenta un importante potencial de desarrollo..

Fig. 7. Comparativa ciclo convencional frente a ciclo con desecantes líquidos

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