MANUAL DE DESHUMIDIFICACION
Publicado por: Munters de México, S.A. de C.V. Guadalupe, N.L.
PROLOGO La deshumidificación es quizá uno de los procesos termodinámicos menos conocidos. Frecuentemente, los usuarios potenciales de deshumidificadores no están al tanto de su existencia, ni de la forma en que éstos pueden ayudarle a resolver los problemas de producción relacionados con calidad, sanidad y corrosión entre otros, en la mayoría de los casos el cliente potencial elige vivir con el problema o trata de resolverlo con otros métodos. Esta primera edición del “Manual de Deshumidificación”, representa un intento por consolidar la información existente acerca de este tópico y presentar los hechos de la forma más objetiva posible. Esperamos que este manual sea utilizado como una referencia confiable y advierta a los usuarios potenciales de las aplicaciones y los beneficios de la deshumidificación del aire atmosférico. Este manual será actualizado periódicamente, sugerencias y comentarios son bienvenidos para su incorporación en próximas ediciones.
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CONTENIDO 1
INTRODUCCIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 Antecedentes Efectos de la humedad
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PSICROMETRíA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Definiciones Uso de la Carta Psicrométrica
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METODOS DE DESHUMIDIFICACION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Deshumidificación por Refrigeración Deshumidificación por Desecantes
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APLICACIONES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 Protección Anticorrosiva Protección Contra Condensación Prevención del desarrollo de Bacterias y Moho Prevención Contra Ganancia de Humedad Secado de Productos Enfriamiento en Seco
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CALCULO DE CARGAS DE HUMEDAD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 Fuentes de Humedad Ejemplo de Cálculo
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SELECCION DE DESHUMIDIFICADORES Y SU DESEMPEÑO . . . .. 57 Refrigeración vs Desecante Desempeño de los Deshumidificadores Desecantes Comparando los Deshumidificadores Desecantes
APENDICE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... 67 Datos del Clima en La República Mexicana Guía para la Selección de Filtros Datos del Vapor Tabla de Conversión de Temperatura de Punto de Rocío Factores de Conversión Formato para el Cálculo de la Carga de Humedad Selección de la Rueda HoneyCombe y su Eficiencia Cartas Psicrométricas
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1___________________________________ INTRODUCCION ANTECEDENTES La mezcla de gases que componen nuestra atmósfera la conocemos como “aire”, y la mayoría de la gente sabe que sus principales componentes son el nitrógeno y el oxígeno. Solo cua ndo el clima se torna cálido y pegajoso o húmedo nos percatamos que existe en ésta, otro componente importante: el vapor de agua. Nosotros también sabemos que cuando el aire esta caliente y húmedo, la humedad pude condensarse en las superficies frías, y que cuando el aire esta muy seco el agua de cualquier superficie se evapora más rápidamente. Dependiendo de la cantidad de agua contenida en el aire atmosférico, nosotros nos sentimos cómodos o incómodos. La necesidad de controlar la humedad del ambiente se extiende mucho más allá de la necesidad del confort humano, el control de la humedad es absolutamente indispensable en muchas industrias, procesos de manufactura, almacenamiento, transporte y preservación de una gran variedad de productos. El control de la humedad puede lograrse con la remoción o la incorporación de agua al aire. La remoción de agua del aire se conoce como deshumidificación. La tecnología de la deshumidificación tiene sus orígenes en la primera parte del siglo XX, participa en muchos desarrollos tecnológicos y procesos industriales que requerían de un ambiente seco. Para 1939 la tecnología de la deshumidificación fue tomando su forma definitiva en la protección de la carga de los buques, evitando los daños ocasionados por la humedad durante el transporte y el almacenamiento de las mercancías. Las acciones militares en zonas tropicales, durante la segunda guerra mundial, enfatizaron la necesidad de la deshumidificación para proteger equipo delicado y sensible a la humedad. Para el final de la guerra, la deshumidificación fue esencial para evitar el deterioro de cientos de embarcaciones. La deshumidificación permitió que las embarcaciones fueran “selladas” y almacenadas en óptimas condiciones, reduciendo considerablemente el tiempo requerido para regresar estos equipos a condiciones de completa operación. Desde los años 40´s el espectro de aplicaciones para los equipos deshumidificadores ha sido ampliado. Muchos de los procesos de remoción de humedad en la industria son ahora considerados como estándar, en la industria del plástico, alimentos, farmacéutica, electrónica y en el almacenamiento de productos higroscópicos parece imprescindible el uso de los equipos de deshumidificación. La tecnología de la deshumidificación actualmente es reconocida como un componente esencial en incontables procesos para asegurar el ahorro de energía y la productividad.
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EFECTOS DE LA HUMEDAD El contacto del aire húmedo con superficies que tengan una temperatura inferior a su punto de rocío, ocasiona condensación. En muchos casos esta condensación es el origen de los daños que sufren los materiales, y pueden presentarse en forma de corrosión, desarrollo de bacterias así como otros procesos destructivos. El daño debido a un exceso de humedad en el ambiente no es necesariamente producido por la condensación. Muchos productos alimenticios son higroscópicos: ellos colectan y mantienen la humedad. La capacidad higroscópica varía de substancia a substancia. Estas substancias cuando están en contacto con la humedad del aire alcanzan un balance o equilibrio, entre la humedad del aire y la humedad del material. La humedad colectada por materiales higroscópicos pueden causar deterioro, descomposición, formación de hongos y otros procesos destructivos. Si el problema se enfoca a la generación de condensados, basta con mantener la humedad relativa del aire por debajo de la saturación, esto para prevenir la condensación. Si el problema se enfoca a prevenir que algún material higroscópico colecte humedad del aire, entonces debe determinarse la máxima humedad que se puede tolerar en el material, para posteriormente mantener en el aire la humedad de equilibrio correspondiente. Muchos son los procesos industriales en los que se utilizan substancias que sufren deterioro por efecto de la humedad presente en el aire ambiente, por lo tanto, para prevenir la condensación o la recuperación de humedad en estos materiales, es necesario el uso de equipos de deshumidificación. El uso de equipos deshumidificadores permite eficientar los procesos de manufactura y minimizar los problemas de calidad. El almacenamiento ya sea por periodos cortos o prolongados puede efectuarse sin el temor de que los productos sufran deterioro, por cambios químicos, adhesión, apelmazamiento u otros efectos que pueden arruinar los productos.
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2___________________________________ PSICROMETRIA DEFINICIONES La Psicrometría es el estudio de la termodinámica del aire y su interacción con el vapor de agua. Las propiedades termodinámicas del aire húmedo son usadas para analizar procesos que requieren el control de la humedad y la temperatura ambiente. Es necesario un entendimiento básico de psicrometría para determinar las necesidades de deshumidificación. También es importante conocer algunos conceptos y definiciones de la termodinámica.
AIRE ATMOSFERICO El aire en la atmósfera esta compuesto principalmente por nitrógeno, oxigeno, vapor de agua y pequeñas cantidades de gases inertes, también puede contener algunos otros gases y contaminantes. El nitrógeno, él oxigeno y los gases inertes normalmente están presentes en la misma proporción. El vapor de agua y los contaminantes varían en sus proporciones. Bajo condiciones naturales el vapor de agua varía entre 0.01 a 2.0% en peso del total de la mezcla. El análisis psicrométrico se realiza considerando al aire como un gas. Compuesto por dos substancias: aire seco y vapor de agua. El aire seco se define como aquel, al que se le ha removido el total del vapor de agua y los contaminantes. Al aire húmedo por otro lado se le ha definido como a la mezcla de aire, con todos sus componentes (nitrógeno, oxigeno y gases inertes) mas una cantidad variable de vapor de agua.
PRESION DE VAPOR Todas las substancias en estado gaseoso ejercen una presión sobre su entorno. Si diferentes gases son confinados en un tanque, esta combinación de gases ejercerán una presión especifica sobre la pared del tanque. Si pudiéramos medir por separado la presión que cada uno de los gases ejercería sobre las paredes del tanque, encontraríamos que la suma de todas las presiones sería igual a la presión total. La presión ejercida por cada uno de los gases, sobre la pared del tanque, es proporcional al número de moléculas que contiene. En psicrometría se conoce como presión de vapor a la presión ejercida por las moléculas de agua que contiene el aire.
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TEMPERATURA. Las condiciones termodinámicas del aire son determinadas por algunas lecturas. La Temperatura de Bulbo Seco es la temperatura del aire que se obtiene por medio de un termómetro común y corriente. La Temperatura de Bulbo Húmedo es la temperatura registrada por un termómetro común pero que en su extremo sensor tiene envuelta una gasa húmeda. El flujo de aire a través de la gasa húmeda hace que parte del agua se evapore, el agua para el cambio de estado requiere cierta cantidad de energía, esta energía es tomada del termómetro, por lo que se registra en él una temperatura menor a la de bulbo seco, solo cuando el aire se encuentra saturado (100% HR), no se podrá evaporar agua de la gasa por lo tanto las temperaturas de bulbo seco y bulbo húmedo son iguales. La relación entre estas dos temperaturas es una medida de la cantidad de vapor de agua que contiene el aire.
HUMEDAD Otro Parámetro importante es la Humedad Absoluta (Humidity Ratio), también conocida como Humedad Especifica. Esta es la cantidad de agua, en peso, que se encuentra contenida en una cierta masa de aire seco. El aire tiene una gran capacidad de retener humedad, esta capacidad varía directamente con la temperatura del aire, a medida que la temperatura incrementa, también la capacidad del aire para retener humedad se incrementa. Si el aire a cierta temperatura ha absorbido toda la humedad que puede contener, se dice que se encuentra saturado. La Humedad Relativa es la relación entre la humedad absoluta de una muestra de aire, comparada con la humedad absoluta en condiciones de saturación y a la misma temperatura. La humedad absoluta es el parámetro que más se utiliza para expresar el contenido de humedad en el aire, sin embargo, hay que recordar que para determinar la humedad absoluta es necesario además la temperatura a la cual se está presentando la humedad relativa de referencia.
PUNTO DE ROCIO Si el aire es saturado con vapor de agua a una temperatura dada y posteriormente se disminuye su temperatura, la masa de aire deberá liberar una cantidad determinada de humedad en forma de condensado. La temperatura a la cual la humedad colectada por el aire inicia su saturación, es conocida como Temperatura de Punto de Rocío. La temperatura de Punto de Rocío y La Presión de Vapor están directamente relacionadas y son independientes de la presión total.
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ENTALPIA Otro concepto importante utilizado en el análisis psicrométrico es la Entalpía. Esta propiedad termodinámica no es fácil de explicar en términos simples pero esencialmente es definida como la cantidad de energía contenida por una muestra de aire seco y vapor de agua. Obviamente, la Entalpía se encuentra intrínsecamente relacionada a la temperatura. En el Sistema Inglés se considera que el aire seco a la presión de una atmósfera y 0º F, tiene una Entalpía igual a cero. Dada una masa de aire y vapor de agua a cierta temperatura, la Entalpía es la energía requerida para llevar la temperatura de esta mezcla, desde 0º F hasta su temperatura actual.
USO DE LA CARTA PSICROMETRICA La solución de problemas prácticos en deshumidificación requiere del correcto entendimiento de los parámetros definidos anteriormente. La comprensión de éstos se vuelve más sencilla si utilizamos la Carta Psicrométrica, donde todos estos parámetros se relacionan en forma gráfica. A continuación se muestra una Carta Psicrométrica Simplificada (Fig. 2-1). En ella se muestra la interrelación de algunas propiedades termodinámicas importantes, las líneas verticales representan la Temperatura de Bulbo Seco. Existen dos grupos de líneas diagonales. Uno representa la Temperatura de Bulbo Húmedo y el otro la Entalpía. Las líneas horizontales representan la Humedad Absoluta y se encuentran expresadas en granos de agua por libra de aire seco (7000 gr = 1 Libra). Las líneas curvadas hacia arriba y de izquierda a derecha son los diferentes niveles de humedad relativa. El margen curvo a la izquierda de la gráfica es la línea de saturación (100 % RH). Un grupo adicional de líneas inclinadas que bajan de izquierda a derecha, es normalmente incorporado a la gráfica y representan el Volumen Especifico del Aire
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Figura 2-1 Carta Psicrométrica Simplificada
En términos simples la Carta Psicrométrica es necesaria para indicar gráficamente los cambios que sufre una muestra de aire cuando se le modifican sus condiciones de humedad o temperatura iniciales. Si tenemos unas condiciones iniciales dadas y llevamos la muestra de aire a un estado diferente (final). La carta psicrométrica nos permite determinar los cambios en la energía (Entalpía), temperatura y humedad que se han registrado en la muestra. El uso de la Carta Psicrométrica y otras formulas relacionadas para la solución de problemas de deshumidificación, será ilustrado en las siguientes secciones de este manual.
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3___________________________________ METODOS DE DESHUMIDIFICACION Existen básicamente dos formas de efectuar la deshumidificación del aire atmosférico. Una es por medio del enfriamiento del aire por debajo de su temperatura de punto de rocío, esto ocasiona que la humedad se condense en las superficies frías. La otra consiste en hacer pasar el aire por substancias que tienen una gran afinidad por la humedad. Estas substancias son conocidas como desecantes y son capaces de extraer la humedad directamente del aire ambiente.
DESHUMIDIFICACION POR REFRIGERACION. El uso de la refrigeración para remover humedad del aire ambiente es un método común para la deshumidificación del aire. En la Carta simplificada de la fig. 3-1 se muestra lo que ocurre durante este proceso. El aire con las condiciones iniciales de temperatura y humedad (punto 1 en la gráfica), es enfriado por refrigeración (descrito por la línea entre los puntos 1 y 3). Cuando el aire ha sido enfriado lo suficiente como para traer las condiciones hasta la línea de saturación (punto 2), su temperatura ha sido disminuida y ahora se encuentra saturado de humedad. El enfriamiento adicional provocará que la humedad se condense. En un equipo de aire acondicionado típico esta condensación se presenta directamente en las aletas del serpentín de enfriamiento y es colectada en una charola y arrojada al drenaje. Al final del proceso de enfriamiento (punto 3), el aire esta muy frío y contiene menos humedad pero aun se encuentra muy próximo a la saturación (100 % HR). Básicamente todos los sistemas de aire acondicionado se comportan de la forma descrita anteriormente. Usualmente lo que se busca es enfriar el aire. Sin embargo aun cuando la deshumidificación es incidental esta debe ser considerada y proporcionar los medios necesarios para colectar y remover el agua condensada por el equipo de aire acondicionado.
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Fig. 3-1 Deshumidificación por Enfriamiento El proceso de refrigeración mecánica ocurre en un circuito cerrado y presurizado, en el cual un refrigerante tal como el Freon es recirculado a través de compresor, condensador, válvula de expansión y evaporador. Un diagrama de este circuito es mostrado en la figura 3-2. El refrigerante en forma de gas es comprimido, condensado y posteriormente expandido para enfriar el refrigerante líquido. Finalmente el refrigerante es evaporado por medio del calor que se extrae del aire que se hace circular por el serpentín evaporador. El aire descargado por un equipo de aire acondicionado esta muy próximo a la saturación. Sin embargo si el aire saturado es calentado, este mismo aire puede llegar a ser considerado como aire seco en términos de humedad relativa. Durante el proceso de enfriamiento, la saturación es regularmente alcanzada solo en el entorno próximo del serpentín de enfriamiento y solo cuando la temperatura de la superficie del serpentín es inferior a la temperatura de p unto de rocío del aire. La deshumidificación por refrigeración normalmente es muy eficiente. La cantidad de energía removida puede ser varias veces mayor a la energía aplicada para operar el sistema de aire acondicionado. Esta relación es llamada Coeficiente de Desempeño (COP). Cuando la refrigeración es utilizada específicamente para deshumidificar aire, se remueven en realidad dos tipos de calores, Calor Sensible y Calor Latente. Cuando solo se reduce la temperatura del aire sin que se produzca condensación, entonces estamos removiendo únicamente Calor sensible. Cuando la temperatura se reduce por debajo de la temperatura de punto de rocío, entonces generamos condensación y al tiempo que removemos Calor Sensible, también removemos Calor Latente. La remoción de Calor Sensible se denomina Enfriamiento Sensible; la remoción de Calor Latente se denomina Enfriamiento Latente. La suma de los dos es igual al cambio de Entalpía de la mezcla.
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Figura 3 - 2 Deshumidificador por Refrigeración Mecánica
La fig. 3-3 muestra un carta psicrométrica simplificada con el trazo de dos problemas de deshumidificación. En ambos casos se tiene el mismo punto final, pero los flujos de aire son un tanto diferentes si observamos sus temperaturas y humedades originales. Para lograr las condiciones del aire en el punto 3, se requiere una reducción de Entalpía de 20 BTU/lb para el flujo 1, y se requiere una reducción de 10 BTU/lb para el flujo 2. Remover el Calor Sensible del aire requiere de 9.6 BTU/lb. 0.24 BTU/lb/ ºF X (90 ºF - 50 ºF) = 9.6 BTU/lb (Calor Especifico del Aire) X (Diferencial de Temperatura) = BTU/lb La diferencia de 10.4 BTU/lb es el Enfriamiento Latente requerido para el proceso, podemos entonces concluir que el 48 % de la energía removida es Calor Sensible y el 52 % es Calor Latente. Si consideramos la trayectoria que sigue el aire entre los puntos 2 a 3, las proporciones son un poco diferentes. El enfriamiento total es de 10 BTU/lb. Donde el Enfriamiento Sensible es: 0.24 X (80 – 50 ) = 7.2 BTU/lb y el Enfriamiento Latente es la diferencia, 2.8 BTU/lb. En esta mezcla, 72 % de la energía requerida será para el Enfriamiento Sensible; entonces solo el 28 % de la energía es utilizada para Enfriamiento Latente o Deshumidificación.
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Aun cuando el punto final o condiciones finales de los dos flujos de aire son las mismas, la proporción o requerimientos de energía son diferentes. En el segundo caso, a causa de que el aire tiene una temperatura de punto de rocío más baja, menos de un tercio de la energía total requerida es utilizada para lograr la deshumidificación. Es difícil emplear la refrigeración para deshumidificar, si tenemos que bajar la temperatura del aire por debajo de la temperatura de congelación del agua. La humedad al condensarse se escarcha en el serpentín y esta no desaparece en tanto el sistema se encuentre en operación, más bien se acumula de tal forma que reduce la eficiencia de enfriamiento y finalmente puede llegar a impedir el paso del aire a través del sistema. Debido a estas dificultades, se requieren sistemas duales de refrigeración si se utilizan equipos de refrigeración para deshumidificar a temperaturas inferiores a los 32º F, esto permite que una etapa realice su ciclo de deshielo en tanto la otra se hace cargo de la carga térmica total. El aire deshumidificado por medios refrigerativos tiene siempre una humedad cercana a la saturación después de que abandona el serpentín de enfriamiento. Para obtener una humedad relativa menor, este aire debe de ser recalentado. Pequeños deshumidificadores residenciales frecuentemente ubican el serpentín de condensación justo a la descarga del aire, después del serpentín de evaporación; la remoción de humedad y el recalentamiento ocurren casi simultáneamente.
Figura 3-3 Comparando dos casos de Deshumidificación por Enfriamiento
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DESHUMIDIFICACION UTILIZANDO DESECANTES Los desecantes son substancias que tienen una gran afinidad por el agua; tan alta, que de hecho, pueden atrapar humedad directamente del aire circundante. La mayoría de los descantes son sólidos en su estado normal; otra minoría son líquidos. En términos funcionales existen dos clases de desecantes: absorbentes y adsorbentes. Los Absorbentes producen cambios físicos o químicos cuando colectan la humedad. El cloruro de litio, por ejemplo, es un desecante absorbente. Su fuerte afinidad por la humedad ocasiona que cambie de un anhidro (Sales de Litio) a un estado hidratado. Al tiempo que el Cloruro de litio atrapa la humedad, su estructura molecular cambia el substrato resulta alterado en apariencia. Si se dispone de suficiente humedad, esta se convertirá en agua y el Cloruro de Litio acabará por diluirse en ella. Un absorbente líquido, que se incorpora a soluciones de Cloruro de Litio, es el Glicol Trietileno. Los adsorbentes no producen cambios físicos o químicos cuando colectan el agua. Más bien, estos materiales son capaces de contener grandes cantidades de humedad en la superficie de sus partículas. La Sílica Gel es un adsorbente de uso muy común. Una de las características de la deshumidificación por medios desecantes, es que el descante puede ser retornado una y otra vez a su estado seco. En general, la deshumidificación por desecantes involucra la exposición del descante a un flujo de aire húmedo. La humedad es extraída del aire y colectada por él descante. Después el descante es calentado, liberando así la humedad colectada y siendo esta arrastrada por un flujo de aire forzado a través de él. El desecante regenerado ahora p uede ser utilizado de nuevo. Tal y como el agua en el aire tiene cierta presión de vapor, así el agua contenida en el descante tiene también una presión de vapor. Existe una tendencia natural a que estas dos presiones de vapor busquen su equilibrio – esta condición se logra y es cuando el desecante se satura. En tanto que la presión de vapor del aire circundante es mayor que la del desecante, este continuara colectando humedad. El uso de un descante con regeneración continua constituye un proceso reversible. La fig. 3-4 muestra la naturaleza del proceso, superpuesto en una carta de equilibrio simplificada, para las dos presiones de vapor presentes. La posición 1 representa el desecante en su estado inicial cuando entra en contacto con el aire húmedo. En tanto el desecante se carga con la humedad colectada su condición se desplaza hacia el punto 2, mismo que se encuentra cerca de la saturación. El recorrido entre los puntos 2 y 3 representa el proceso de regeneración donde el calor es aplicado al desecante para que libere la humedad acumulada. En el punto 3 la regeneración se ha completado. Sin embargo el descante debe de enfriarse antes de que inicie un nuevo ciclo. La trayectoria entre los puntos 3 y 1 representa este enfriamiento. La humedad es atrapada por el desecante entre los puntos 1 y 2 y liberada por éste entre los puntos 2 y 3.
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Existen básicamente tres tipos de deshumidificadores desecantes: Líquido absorbente, Torre empacada adsorbente, Cama rotatoria adsorbente y Rueda HoneyCombe absorbente. Aun cuando cada uno de estos sistemas tiene sus características y aplicaciones propias, el principio básico involucrado en su operación es similar al discutido y descrito anteriormente y que se muestra en la fig. 3-4.
Figura 3-4 Trazo de las condiciones del material Descante durante el ciclo de Deshumidificación
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DESHUMIDIFICADORES DE LIQUIDO ABSORBENTE.
La Figura 3-5 representa el típico deshumidificador por desecante líquido. En la unidad el líquido es espreado dentro de una cámara donde entra en contacto con el flujo de aire húmedo. Al tiempo que la humedad es colectada, esta cambia de vapor a líquido y libera calor (Latente de Vaporización). El cambio químico de la solución también produce algo de calor. Este calor es removido por un serpentín de enfriamiento.
Figura 3-5 Deshumidificador Desecante por Líquido Absorbente
La carga de agua del líquido desecante es entonces bombeada al regenerador donde un serpentín de calor evapora la humedad colectada. El desecante líquido esta ahora listo, con algo de enfriamiento, para ser espreado nuevamente en la cámara de deshumidificación. La humedad removida del desecante es conducida hacia el ambiente por otro flujo de aire. Existen algunas similitudes con las unidades refrigerativas en cuanto a que el enfriamiento sensible es una parte intrínseca al proceso. La temperatura del aire seco resultante debe ser cercana a la temperatura del refrigerante por lo que se hace necesario el postcalentamiento.
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DESHUMIDIFICADORES ADSORBENTES TIPO TORRE EMPACADA.
Uno de los diseños de torre empacada más simples y antiguos, es el de una sola cama. El aire húmedo es forzado a través de un cilindro lleno de material desecante tal como Sílica Gel o alúmina activada. La cama funciona hasta que el desecante se satura, entonces la operación del equipo se interrumpe mientras que se hace pasar aire caliente por el desecante para remover la humedad atrapada. Una vez que se logra reactivar el desecante, el equipo queda listo para seguir deshidratando aire. El concepto de torre empacada es particularmente apropiado cuando se requiere de aire seco en forma intermitente. Si se requiere el aire seco en forma continua, entonces es necesario utilizar un arreglo de dos camas paralelas con controles de humedad y temperatura que logren alternar la operación de los cilindros. La figura 3-6 muestra el esquema de una unidad tipo torre empacada, de dos cilindros en paralelo. La operación alternada de los cilindros produce cierta fluctuación de la temperatura y humedad del aire descargado .Como en todos los equipos deshumidificadores, el cambio de fase de vapor de agua a líquido libera calor haciéndose necesario el postenfriamiento del aire.
Figura 3-6 Deshumidificador de doble Torre Empacada
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DESHUMIDIFICADOR ADSORBENTE DE CAMA ROTATORIA. Esta unidad funciona de forma continua, esto significa que la adsorción de humedad y la regeneración del desecante se realizan en forma simultanea y gradual. El mismo desecante puede ser utilizado, y la eficiencia del mismo se mantiene. No existe, por lo tanto, fluctuaciones en la temperatura y humedad en el aire resultante debido a la continua transferencia de humedad entre la deshumidificación y la regeneración. La figura 3-7 muestra un esquema simplificado de la unidad de cama rotatoria. El desecante es colocado en unas charolas con perforaciones, mismas que giran. Una barrera física con sellos separa las zonas de proceso y regeneración dentro de la unidad. El aire húmedo entra al lado de proceso y pasa a través de las charolas llenas del descante. La regeneración se lleva a cabo en el otro lado de la barrera donde el desecante se pone en contacto con un flujo de aire caliente, el cual recoge la humedad y la transporta hasta el aire ambiente. Los flujos de aire normalmente son paralelos y deben de balancearse cuidadosamente para minimizar la fuga cruzada. Normalmente es necesario enfriar el aire antes de que este sea utilizado.
Figura 3-7 Deshumidificador Típico de Camas Rotatorias
Existen muchos diseños de deshumidificadores de camas rotatorias en el mercado. La principal diferencia entre estos equipos respecto del mostrado en la figura 3-7, consiste en el diseño de las charolas que contienen el desecante, en algunos casos en lugar de charolas se tienen cartuchos verticales montados en un carrusel.
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DESHUMIDIFICADOR ADSORBENTE CON RUEDA HONEYCOMBE El deshumidificador con rueda HoneyCombe funciona de la misma forma que el deshumidificador de camas rotatorias, excepto que en este caso el material desecante (normalmente Sílica Gel) se encuentra en el substrato base de una estructura corrugada y empacada dentro de cilindro. La rueda gira lentamente entre los flujos de aire de proceso y reactivación.
Figura 3-8. Deshumidificador con rueda Honeycombe El aire de proceso fluye a través de los conductos formados por el corrugado, y el material desecante de la rueda atrapa el vapor de agua contenido en el aire. En la medida en que el material desecante atrapa la humedad este se va saturando, antes de que esto suceda, el desecante ingresa a la cámara de reactivación en donde un flujo de aire caliente incrementa la presión de vapor en la superficie del material, permitiendo al desecante liberar la humedad que es arrastrada por el flujo de aire de reactivación. Posteriormente el desecante reactivado regresa a la cámara de proceso para iniciar un nuevo ciclo “proceso - reactivación”. Las cámaras de secado y regeneración se encuentran separadas por sellos flexibles, y los flujos de aire viajan en sentidos opuestos o a contraflujo. Los deshumidificadores de flujos opuestos son normalmente más eficientes que los de flujos paralelos. Las ruedas desecantes Honeycombe mantienen su integridad por un periodo de tiempo mucho mayor que los gránulos de Sílica usados en los deshumidificadores de camas rotatorias.
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4___________________________________ APLICACIONES Las aplicaciones para los deshumidificadores desecantes son excepcionalmente diversas. Estos equipos tienen un impacto muy positivo e n la mayoría de los procesos. -
Las botellas de plástico para refrescos pueden ser producidas el doble de rápido cuando se suministra aire seco a las cavidades del molde de inyección, lo que significa que una planta puede fabricar el doble, ahorrando millones de dólares en edificio y equipo.
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Los deshumidificadores desecantes han permitido al famoso fresco de Leonardo Da Vinci, La Última Cena, sobrevivir a la contaminación y a inundaciones, preservando esta obra de arte para las futuras generaciones.
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Sin la deshumidificación sería prácticamente imposible fabricar las baterías de litio que hacen funcionar los marcapasos, que mantienen con vida a miles de personas.
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En este capitulo discutiremos las seis principales categorías en las que hemos clasificado las aplicaciones de deshumidificación, con el fin de estimular la creatividad de los ingenieros, y tranquilizando a aquellos que pudieran creer que son los primeros en intentar una aplicación especifica. La remoción de humedad del aire puede tener interesantes y rentables consecuencias.
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PREVENCION DE LA CORROSION Todos los materiales presentan corrosión, esto significa que todas las substancias eventualmente cambian de una forma a otra a través de reacciones químicas. Muchas de estas reacciones, especialmente aquellas que dependen del oxigeno, son catalizadas y aceleradas por la humedad. Metales ferrosos como el fierro y el acero, son perfectamente identificables por presentar corrosión en la presencia de humedad. Menos conocido es que el cristal se corroe y fractura a una velocidad que varía con la cantidad de humedad presente en su superficie. En el pasado cientos de deshumidificadores desecantes han sido usados para rodear la maquinaria y equipo con aire seco, evitando la corrosión es sus partes metálicas. Actualmente, los deshumidificadores protegen a algunos materiales de formas más sutiles de la costosa corrosión. La sociedad moderna depende más y más de equipos como las computadoras y equipos de comunicación de diseños muy compactos, los materiales que forman sus circuitos son susceptibles a la corrosión, aún cuando esta se presente en niveles microscópicos. Los circuitos simplemente no tienen mucho material, así que una pequeña cantidad de corrosión crea una cantidad desproporcionada de problemas en el funcionamiento del equipo.
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ALMACENES MILITARES En los años cincuentas después de la guerra de Corea, él ejercito de los Estados Unidos utilizó aire seco para proteger embarcaciones inactivas, maquinaria y armas. Esta técnica ahorró millones de dólares en costos de preservación de equipo. Actualmente miles de deshumidificadores protegen equipo militar en todos los rincones del mundo, manteniendo aviones, tanques, embarcaciones y suministros en buen estado y listos para ser utilizados.
GENERADORES DE ENERGIA ELECTRICA Cuando las plantas generadoras son sacadas de operación para su mantenimiento o por exceder la oferta de energía, se instalan deshumidificadores para soplar aire al interior de la turbina de vapor y dentro de los devanados del generador. Esta práctica comparada con inyectar nitrógeno resulta más económica y segura. El uso de aire seco para evitar corrosión en los álabes de la turbina y los devanados del generador, es muy simple y el generador puede regresar a su operación en forma instantánea.
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PROTECCION DE ARTICULOS ELECTRONICOS Las computadoras y otros equipos electrónicos utilizan pequeños voltajes y bajas corrientes para desempeñar sus funciones. Cuando en sus pequeños circuitos se forman depósitos de corrosión, estos incrementan su resistencia eléctrica y disminuyen su capacitancia, esto afecta seriamente su calibración y desempeño. Los deshumidificadores previenen de estos problemas, ahorrando tiempo y dinero en la calibración de los equipos e incrementando el tiempo entre fallas de los sistemas electrónicos.
PRODUCCION DE BATERIAS DE LITIO El Litio, el Plutonio y otros metales de alta energía son peligrosos por que se inflaman cuando el vapor de agua contenido en la atmósfera les produce corrosión. Los deshumidificadores hacen posible trabajar con estos metales en áreas abiertas y sin riesgo de explosión. Los equipos deshumidificadores secan grandes áreas de producción con docenas de gentes y mantienen los niveles de humedad en 1%. Los equipos deshumidificadores han hecho viable la industria de la fabricación de baterías de Litio.
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PREVENCION DE LA CONDENSACION Cuando las superficies frías se exponen al aire húmedo, el vapor del agua se condensa en ellas, tal como sucede en la superficie de un refresco expuesto al ambiente de verano. Esto puede ocasionar una gran cantidad de problemas. Por ejemplo, los consumidores en un supermercado podrían no ver los productos en el interior de un exhibidor refrigerado, ocasionando perdidas en ventas. La condensación también puede presentarse en algunas partes ocultas de las aeronaves cuando estas descienden de grandes altura a niveles de alta humedad, esto puede acelerar la corrosión y reducir la vida de la estructura de la aeronave. En los casos anteriormente expuestos, los deshumidificadores son instalados para mantener las partes frías en un ambiente de baja humedad (bajo punto de rocío). Frecuentemente, el control de la condensación crea oportunidades de ahorro y no solo previene de algunos problemas. Por ejemplo, en mucho procesos de producción se utilizan rodillos enfriados por agua para reducir la temperatura de películas o recubrimientos. Con la deshumidificación del ambiente en el cual operan estos rodillos, se puede reducir mucho mas la temperatura de los rodillos sin que se presente condensación, con esto se agilizan los procesos y en algunos casos se evita la instalación de una segunda máquina.
PISTAS DE PATINAJE La temperatura del hielo es menor que la temperatura de punto de rocío del aire circundante, por lo que el vapor de agua del aire condensa sobre la superficie de la pista de hielo. El hielo entonces presentará una superficie suave y rugosa, y el sistema de refrigeración trabajará más para mantener el hielo en condiciones adecuadas para el patinaje. Los deshumidificadores desecantes son utilizados para remover la humedad del ambiente antes de que esta llegue a condensarse sobre el hielo. El aire seco también evita la corrosión de partes de la estructura metálica.
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PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA La temperatura en el agua de los mantos frecuentemente es menor que la temperatura de punto de rocío del ambiente, esto puede ocasionar condensación en la superficie de tubería, válvulas y controles de la planta. Con el suministro de aire seco dentro de la planta puede prevenirse la condensación que origina el desarrollo de bacterias y oxidación de partes metálicas de la tubería y sus accesorios. Manteniendo la
higiene en las instalaciones ya que el aire seco inhibe el desarrollo de bacterias y hongos. PREPARACION DE SUPERFICIES PARA APLICACION DE RECUBRIMIENTOS Y PINTURAS Grandes superficies frías como pueden ser las cisternas de los barcos o los depósitos de combustible, deben de ser pintadas en forma periódica. La mayoría de los fabricantes de recubrimientos no garantizarán la vida del recubrimiento si el contratista no prueba que la superficie estaba seca y libre de óxido cuando este fue aplicado. Ahora los contratistas utilizan deshumidificadores y limpian las superficies y aplican sus recubrimientos sin importarles la condiciones atmosféricas.
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INYECCION DE PLASTICO En el proceso de inyección de plástico, frecuentemente se hace circular agua helada por el interior del molde para lograr que las piezas solidifiquen más rápidamente. Sin embargo si la superficie del molde condensa las piezas de plástico pueden resultar dañadas. El uso de deshumidificadores para bañar la superficie del molde con aire seco evita la condensación, es posible incluso reducir aún más la temperatura del agua logrando ciclos de inyección más cortos.
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PREVENCION DE HONGOS Y BACTERIAS Los hongos y las bacterias están presentes en casi todos los materiales. Estos pueden sobrevivir en ausencia de humedad, y permanecer dormidos por décadas, pero cuando la humedad y el alimento se hacen presentes, entonces pueden reproducirse rápidamente. La humedad no tiene que ser necesariamente en forma líquida. Los microorganismos pueden utilizar la humedad presente en los materiales ya que ellos requieren solamente de pequeñas cantidades. Dos ejemplos clásicos de estos fenómenos son las pinturas rupestres de Lascaux, Francia, y los artefactos egipcios preservados en las pirámides. Las pinturas en las cavernas sobrevivieron virtualmente intactas durante 16,000 años. Entonces los turistas empezaron a traer humedad a la caverna, en sus ropas y a través de su respiración. Las pinturas se han deteriorado debido al ataque bacteriológico en los últimos 40 años. Los artefactos egipcios han corrido la misma suerte con trágicas consecuencias para la historia.
ARCHIVOS Documentos históricos, fotografías y pinturas suelen estar hechos en materiales orgánicos e higroscópicos. Cuando estos absorben humedad, los microorganismos se reproducen y ocasionan daños a estos materiales. Los deshumidificadores han sido utilizados para proporcionar ambientes de baja humedad y evitar el ataque de estos microorganismos
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ALMACEN DE SEMIL LAS Todos los materiales orgánicos están sujetos al ataque bacteriológico, pero pocos tienen la sensibilidad de las semillas. Las semillas son físicamente resistentes, pero cuando el contenido de humedad de la semilla es alto, los microbios se pueden desarrollar en ellas y destruir los importantes nutrientes que ellas contienen. Los deshumidificadores permiten la preservación de semillas extrañas o que han sido manipuladas genéticamente en los centros de investigación. En los países desarrollados las perdidas de semilla en los graneros, puede ser de hasta un 30%.
PROTECCION DE CARGA Aceites lubricantes, productos de piel, comida enlatada, granos y fertilizantes, están expuestos a la humedad durante el transporte marítimo. Materiales a granel como semillas, harinas y tabaco son especialmente vulnerables ya que pueden atrapar un alto contenido de humedad durante su embarque. El aire húmedo del océano puede aportar aún más humedad a los productos, promoviendo el desarrollo de bacterias en los mismos. Estos problemas pueden ser prevenidos por medio de la inyección de aire seco a los contenedores y compartimentos de carga.
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CERVECERIAS La Cervecerías requieren de grandes cantidades de calor, agua y granos de malta. Estos son necesarios para la fermentación de la levadura misma que convierte el azúcar en alcohol. La levadura es una bacteria benéfica, pero otras bacterias pueden desarrollarse en este ambiente y desplazarse a otras etapas del proceso. Los deshumidificadores pueden crear ambientes secos en las cervecerías, evitando la contaminación de productos causada por microorganismos destructivos.
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PREVENCION DE LA GANANCIA DE HUMEDAD Virtualmente todas las substancias tienen alguna afinidad con el agua. Incluso las resinas plásticas como el nylon que puede colectar entre un 6 y 10% su propio peso, en vapor de agua. En muchos casos esto no representa un problema. En otros, la ganancia de humedad puede afectar las dimensiones del producto, o hacer que productos que normalmente fluyen con facilidad se vuelvan pegajosos. El ejemplo típico del salero ilustra este punto, la ganancia de humedad durante los días húmedos provoca que los orificios del salero se tapen. En la mesa de nuestra casa esto puede significar un problema menor, pero en una máquina empacadora, los productos pegajosos pueden tener implicaciones económicas mayores. Los productos higroscópicos son más sensibles a las altas humedades relativas y no tanto a la alta humedad absoluta, y la humedad relativa puede ser alta en cualquier época del año. De hecho es más alta en invierno que en verano. Cuando los productos son almacenados en locales fríos, estos problemas pueden ser especialmente agudos. Los deshumidificadores pueden ser muy efectivos en el control de la humedad a bajas temperaturas, y han sido ampliamente utilizados en el control de la ganancia de humedad.
EMPACADO DE CONFITERIA Los caramelos macizo frecuentemente contienen azúcar y sorbitol, ambos son altamente higroscópicos. La humedad relativa es alta, el producto puede absorber humedad y volverse pegajoso. Entonces este se adhiere a la máquina embolsadora y al material de la envoltura, afectando la velocidad de producción y creando problemas sanitarios. Los deshumidificadores son utilizados para mantener secas las áreas de empaque, permitiendo que los equipos trabajen eficientemente, reduciendo el costo y el tiempo invertido para la limpieza del equipo.
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CUARTOS LIMPIOS Cuando se fabrican microcircuitos se utilizan resinas llamadas fotoresistentes, para trazar las líneas de conducción en la tarjeta impresa. Estos polímeros son higroscópicos. Si estos absorben agua, en el circuito impreso pueden aparecer líneas discontinuas o producirse puentes. En la industria farmacéutica se utilizan polvos altamente higroscópicos. Cuando la humedad es alta es difícil procesarlo y al mismo tiempo se reduce considerablemente su caducidad. Por estas y otras razones, los cuartos limpios son equipados con deshumidificadores cuando se quiere prevenir la ganancia de humedad, incrementar los ritmos de producción y aumentar la calidad de los productos.
FABRICACION DE CRISTAL INASTILLABLE La delgada y transparente capa de plástico que funciona como adhesivo entre las dos capas del cristal inastillable, es muy higroscópica. Si se le permite ganar humedad, se crearán burbujas durante el proceso de horneado y estas quedarán atrapadas dentro del cristal. Los deshumidificadores desecantes crean ambientes de baja humedad en procesos de manufactura, almacenamiento y manejo de este material adhesivo.
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SECADO DE PRODUCTOS Muchos productos frecuentemente son secados por medio de aire caliente, sin embargo, el aire caliente seca muy lentamente o perjudica los productos. Las encimas por ejemplo, son destruidas por el calor, también la levadura si es secada con aire muy caliente podría no funcionar apropiadamente. Cuando se requiere un secado con temperaturas inferiores a los 120º F, es generalmente necesario utilizar deshumidificadores en lugar de calentar el aire. Entre más frío sea el aire requerido para el secado, mejor se justifica económicamente el uso de deshumidificadores. Por ejemplo en la fabricación de detergentes comerciales se utilizan encimas que son secadas en lechos fluidos. Las cantidades a secar son muy grandes y el tiempo que lleva hacerlo también es muy largo. Con la instalación de deshumidificadores para el secado del aire, puede reducirse el tiempo de secado a la mitad cuando la temperatura de dew point del aire se reduce a 65º F (20º C). El rango de aplicación de deshumidificadores en el secado de productos se a ampliado significativamente en los últimos años, en la medida en la que los clientes comprueban los beneficios de secar a bajas temperaturas. Los deshumidificadores permiten mejorar la calidad de los productos sin sacrificar la velocidad de proceso.
FUNDICION DE PIEZAS METALICAS En este proceso, los moldes de cera son inmersos en un batido de cerámica, repetidas inmersiones van engrosando la pared cerámica hasta formar el molde, que posteriormente es llenado con metal fundido en tanto que la cera es desplazada al exterior. El uso de aire caliente en el secado del material cerámico presenta el inconveniente de que reviene la cera y la deforma.. Con el uso de aire deshumidificado es posible producir con una velocidad consistente durante todo el año no importando el nivel humedad que prevalece en el exterior.
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SECADO DE RESINAS PLASTICAS Las resinas plásticas son todas higroscópicas en alguna medida. La humedad que ellas absorben se evapora y es expulsada durante los procesos de inyección o extrusión. Este vapor crea imperfecciones estructurales y cosméticas en los productos, mismas que reducen su valor. Los deshumidificadores desecantes son utilizados en el secado de la resina plástica, a niveles de humedad muy bajos, antes de que esta sea fundida, incrementando la calidad de los productos terminados.
CONFITADO El confitado de cualquier producto, tal como las bolas de chicle o las almendras cubiertas de chocolate, puede ser realizado a mayor velocidad con el uso de aire deshumidificado. En el caso del chocolate, la alta temperatura puede fundirlo o abollarlo, algo que no sucede con el uso de aire frío y deshumidificado. En el caso de la bola de chicle es posible mejorar el brillo superficial al tiempo que se impide la adherencia de una pieza con otra durante el confitado.
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SECADO DE PESCADO Algunos alimentos tan delicados como el pescado, son muy sensibles al calor. Idealmente, estos deben ser secados a bajas temperaturas de tal forma que las bacterias no se desarrollen y las proteínas no se descompongan. Estos problemas afectan la textura, el sabor y la sanidad. Los deshumidificadores desecantes son utilizados junto con sistemas de enfriamiento para secar pescado eficientemente a bajas temperaturas.
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ENFRIAMIENTO EN SECO Los sistemas de aire acondicionado generalmente usan serpentines de enfriamiento para controlar tanto la temperatura como la humedad. En la mayoría de las aplicaciones de aire acondicionado para confort, resulta muy eficiente controlar la humedad por este medio. Sin embargo, en algunas circunstancias, resulta benéfico incorporar un deshumidificador al sistema de aire acondicionado para controlar la humedad por separado. Los beneficios son considerables cuando la carga de humedad es mayor a la carga de calor, o cuando los picos se presentan en momentos diferentes. Un deshumidificador desecante convierte el calor latente del aire en calor sensible, esto permite que todos los componentes de sistema de aire acondicionado trabajen con mayor eficiencia. En instalaciones como teatros, cines y en general donde la carga latente es mayor que la carga sensible, el aire frío y seco recoge con mayor eficiencia la carga térmica total. Se obtienen también ahorros en la reducción de los ductos de distribución de aire y en la operación de los ventiladores, que resultan ser más pequeños.
SUPERMERCADOS Cuando los exhibidores funcionan estos enfrían también el aire circundante, en los difusores del mismo se condensan grandes cantidades de agua, que en ocasiones llegan a formar escarcha. Un deshumidificador desecante remueve el vapor de agua del aire, en forma más eficiente y económica que el equipo de refrigeración en el exhibidor. Cuando el aire circundante es más seco los exhibidores trabajan más eficientemente. Los ahorros de energía pueden representar la venta de cientos de dólares en mercancías. Adicionalmente, si el entorno del exhibidor esta seco, no se formará escarcha en los productos, lo que hace que estos productos sean mas atractivos para los clientes.
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HOTELES Y MOTELES Las habitaciones y los salones de conferencias tienen grandes variaciones de carga sensible. En tanto que la gente va y viene esta cambia radicalmente. La carga latente, por otra parte es más constante debido a que constantemente se hace ingresar aire fresco al edificio, trayendo consigo el vapor de agua. Convencionalmente los sistemas de aire acondicionado abaten la temperatura tan rápidamente que al parar dan tiempo a la formación de condensados en paredes y objetos, causando malos olores y dañando los muebles y la estructura del edificio. Los deshumidificadores son utilizados para secar el aire de reposición, a tal grado, que este se comporta como una esponja, recogiendo la humedad que pudiera haber en las habitaciones.
EDIFICIOS ENFERMOS Cuando el aire es enfriado por sistemas de expansión directa, el aire sale del serpentín básicamente saturado de humedad. En algunos casos, los ductos de distribución y la charola colectora de condensados ofrecen el lugar ideal para el desarrollo de hongos y bacterias. La calidad del aire en el interior de los edificios es muy pobre y origina malos olores. Con el secado del aire, antes de que este pase por el serpentín de enfriamiento, se elimina este problema. En instalaciones como quirófanos, el secado del aire puede ser de gran ayuda para abatir malos olores y evitar el desarrollo de bacterias.
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5_________________________________ CALCULO DE CARGA DE HUMEDAD La determinación precisa de los requerimientos de deshumidificación para una aplicación dada es la clave para seleccionar el tipo y tamaño apropiado del equipo de control de humedad. La base es un análisis detallado y un cálculo de la carga de humedades previstas para las instalaciones proyectadas. Es posible hacer algunas consideraciones, basadas en los datos y la experiencia acumulada. Esta información es suministrada en una serie de tablas y cartas. Algunos datos de presión de vapor serán también requeridos y pueden ser encontrados en la carta psicrométrica del Apéndice.
FUENTES DE HUMEDAD Como fuente de humedad se considera toda aquella superficie o producto que por sus características, puede aportar o atrapar humedad al medio ambiente. Algunas fuentes de humedad se enlistan a continuación. -
Humedad permeada a través de piso, paredes y techo. Humedad transpirada por las personas Humedad liberada o atrapada por los productos utilizados en el área a acondicionar. Humedad evaporada de las superficies húmedas. Humedad liberada durante la combustión. Humedad producto del aire infiltrado al área. Humedad contenida por el aire de reposición.
Todas las fuentes de humedad indicadas excepto la del aire de reposición, son consideradas como carga de humedad interna. La necesidad de diferenciar esta humedad viene a ser más evidente en las secciones subsecuentes.
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HUMEDAD POR PERMEACION Una lista de factores de permeación se ha incluido en la Tabla 5-1. La cantidad de humedad producto de la permeación esta determinada por la siguiente formula. Wp = P x A x ( ∆V.P.) Donde:
Wp = La humedad permeada en granos/hr (gr/hr) P
A =
= La velocidad de permeación del material de construcción utilizado en la estructura: expresado en granos por pie cuadrado de área, por hora, por el diferencial en presión de vapor expresado en pulgadas de mercurio (gr/hr ft2 in Hg ∆ V.P.) Area expuesta a la permeación en pies cuadrados (ft2)
∆ V.P. = Diferencial de presión de vapor entre ambos lados de la pared. Los niveles de humedad absoluta entre el aire de un lado y el otro deben de ser diferentes para que se establezca la permeación. El diferencial de presión esta dado en pulgadas columna de mercurio ( in Hg ). Para una pared compuesta por capas de diferentes materiales, se debe de considerar el factor de permeación de cada material. Esto es que para obtener el coeficiente de la pared en su conjunto, se suman los inversos de los factores de permeación individuales: _1_ = _1_ + _1_ + _1_ . . . Pt P1 P2 P3
_1_ Pn
Cuando consideramos la permeación a través de paredes es necesario tener presente que en los edificios sin control de humedad, el vapor puede fluir a través de piso en los meses calientes: así como por las paredes de sótanos o pisos en contacto con la tierra. Esto es debido a que la presión de vapor del aire ambiente puede ser mas alta que aquella que se encuentra en contacto con el subsuelo frío. Sin embargo, una vez que se utiliza el control de humedad, el proceso puede revertirse (permeación del subsuelo a la estructura), y sus efectos deben de ser considerados en el cálculo. En algunos casos, el considerar una barrera de vapor puede abatir considerablemente la carga de humedad. El tipo y calidad de la barrera de vapor son determinados por el nivel de control requerido. La efectividad de la barrera depende, entre otras cosas, de la permeación y de la ubicación. Para lograr mejores resultados la barrera debe ser aplicada a la superficie que está expuesta a la mayor presión de vapor. Respecto a la deshumidificación es practica
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común aplicar barrera de vapor a las paredes del cuarto y techo, particularmente cuando se esta trabajando con instalaciones existentes.
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HUMEDAD POR PERSONAS La cantidad de humedad que las personas aportan por transpiración esta dada, entre otras cosas, por la intensidad del trabajo realizado y las condiciones de temperatura y humedad prevalecientes en el lugar de trabajo. Una tabla con la cantidad de humedad transpirada por las personas esta dada en la Fig. 5 -1. La humedad aportada por las personas puede ser considerada sí un número considerable de personas ocupan el espacio acondicionado. La contribución por animales puede ser proyectada de la misma tabla, haciendo los ajustes necesarios por volumen corporal y peso.
Fig. 5-1 Evaporación de Humedad en Humanos a Diferentes Niveles de Actividad.
HUMEDAD DE PRODUCTOS Y MATERIALES DE EMPAQUE La humedad de equilibrio para diferentes materiales es mostrada en Figura 5-2. Esta gráfica esencialmente muestra la cantidad de humedad que el material puede atrapar cuando se expone a los niveles indicados, de humedad y temperatura. Para emplear esta información en cálculos de carga de humedad, debe conocerse la humedad del aire al cual ha estado expuesto el material, justo antes de ingresar al área acondicionada.
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Fig. 5-2 Contenido de humedad en diferentes materiales en equilibrio con el aire a diferente humedad Relativa.
El impacto de estas fuentes de humedad es considerado como un factor temporal, aun cuando el deshumidificador recién inicia su operación o cuando nuevos materiales higroscópicos son introducidos al área acondicionada. Su influencia se limita al tiempo que toma el llevar la humedad al nivel requerido.
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El proceso de remover la humedad inicial en espacio de control es llamado “Pull Down”. El periodo típico de “Pull Down” tiene un patrón característico de reducción de humedad como se muestra en la Figura 5-3. Cuando en el espacio primeramente sujeto a la deshumidificación, la humedad se abate inmediatamente a niveles de 10 o 20 % y se estabiliza. Esta condición representa un equilibrio temporal. En este punto la velocidad de evaporación en el espacio es igual a la capacidad del deshumidificador. Cuando la carga de humedad residual de la estructura y los materiales almacenados ha sido removida, la humedad relativa desciende una vez más, ahora hasta lograr los niveles de humedad requeridos. En este punto el contenido de humedad de la estructura del edificio y los materiales almacenados esta en equilibrio con la humedad relativa del espacio. Dependiendo de las circunstancias, el “Pull Down” puede durar solo algunas horas, si se trata de un espacio perfectamente delimitado o varios meses si se trata de una caverna subterránea.
Fig. 5-3 “Pull Down” Característico de un Espacio
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HUMEDAD PRODUCTO DE LA COMBUSTIÓN. La humedad derivada de la combustión ocurre cuando el gas natural (metano) es quemado. Solo la flama abierta en espacio a controlar debe de ser considerada. Un pie cúbico de gas producirá aproximadamente 650 granos de humedad cuando es quemado. Los valores reales pueden variar ligeramente de acuerdo a la fuente y composición del gas. En términos de BTUH, un pie cúbico de gas natural se dice que tiene un poder calorífico de 1000 BTU. La formula que se utiliza para determinar la humedad producto de la combustión es: Wg = ft3 gas / Hr x 650 gr/ft3
HUMEDAD EVAPORADA DE SUPERFICIES HUMEDAS La Figura 5-4 puede ser utilizada para estimar la cantidad de humedad evaporada de superficies húmedas. Los factores a considerar son velocidad del aire, dirección del aire y la temperatura de la superficie de evaporación. El cálculo es como sigue: We = ___(Hp o HT) x A x (∆ V.P.) x 7000___ gr/Hr Hl Donde:
We = Velocidad de evaporación de humedad, gr/hr Hp o Ht = Velocidad de transferencia de calor latente ( BTU/ft2 x in Hg ) A = Area de superficie húmeda en ft2 Hl = Calor latente a la temperatura del agua ( de la figura 5-4) ∆ V.P. = Diferencial de presión de vapor: en in Hg (presión de vapor saturado a la temperatura del agua menos presión de vapor requerido en el espacio a controlar).
Fig. 5-4 Humedad evaporada de la superficie húmeda
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HUMEDAD PRODUCTO DE LA INFILTRACIÓN El aire y la humedad que contiene, pueden infiltrarse a un espacio cerrado y controlado, por una variedad de rutas incluyendo puertas, vestíbulos, transportadores, y ranuras alrededor de puertas y ventanas. Fugas y ranuras en ductos deben ser consideradas como medios de infiltración. La cantidad de aire infiltrado debe ser calculada por separado para cada uno de las fuentes. La cantidad de infiltración para puertas, ventanas y paredes están basadas en la velocidad del aire y solo consideraremos que dos caras del edificio están expuestas a la fuerza del aire, en un momento dado. Para el cálculo de la infiltración, obtenemos la densidad del aire “d”, en lb/ft3, de la Figura 5-5 y la utilizaremos como se indica a continuación.
Fig. 5-5 Tabla para el Cálculo de la Densidad del Aire •
TRANSPORTADORES – Basado en operación continua. La formula: Wi1 = Vel. del transportador en ft/min. x área neta de apertura en ft2 x “d” x 60 x ∆ gr/lb de aire seco *.
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PUERTAS – El Cálculo requiere el uso de los factores de velocidad mostrados en la Tabla 5-2. Para el caso de apertura de puertas al exterior, la cantidad de infiltración está basada en un medio de la velocidad normal del aire. Si una puerta en el interior de este espacio, se considera la misma velocidad del aire. La formula utilizada es la siguiente:
Wi2 = Velocidad del aire en ft/min. x área neta de apertura en ft2 x “d” x minutos de apertura / hr x ∆ gr/lb de aire seco *.
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•
ESCLUSA o VESTÍBULO – La siguiente formula es utilizada para estimar la infiltración por Esclusas o Vestíbulos.
Wi3 = Volumen de la Esclusa en ft3 x “d” x aperturas/hr x ∆ gr/lb de aire seco ∆ gr/lb de aire seco, es la diferencia en gr/lb entre la fuente de aire de infiltración y los gr/lb de aire seco del espacio a controlar.
SITUACIÓN
VELOCIDAD
1.- Apertura de puerta en El interior del edificio.
50 fpm
2.- Apertura de puerta al exterior.
50% la vel. del aire
COMENTARIOS Utilice velocidad real si la conoce Puede usar como referencia el Diferencial de presión Utilice velocidad del aire en fpm
3.- Apertura de puerta al 100% la vel. del aire Utilice velocidad del aire en fpm Exterior al tiempo que se abre una puerta interior. Tabla 5 – 2 Factores de Velocidad en Puertas RANURAS EN PUERTAS Y VENTANAS – Para este cálculo se requiere el factor de velocidad de infiltración de la Tabla 5 – 3. La formula que se utiliza es la siguiente: Wi4 = Volumen de aire en ft3/hr/ft de ranura x Longitud de la ranura (ft) x “d” x ∆ gr/lb de aire seco.
RANURAS EN PAREDES – Utilizando a Tabla 5 – 4. La formula para determinar la infiltración es la siguiente: Wi5 = Volumen de aire en ft3/hr/ft2 de pared x área de pared (ft2) x “d” x ∆ gr/lb de aire seco.
Algunas veces la infiltración es estimada en términos del número de cambios de aire por día. Para áreas utilizadas como archivo muerto, pueden considerarse tres (3) cambios de aire por día. Para áreas de almacén activo, pueden considerarse seis (6) cambios de aire en 24 horas. Sin embargo, es más recomendable hacer un análisis de la operación del edificio y diseñar de acuerdo con la metodología indicada anteriormente.
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Entonces la carga interna de humedad es obtenida de la suma de cada uno de los componentes indicados anteriormente. Por lo tanto la carga interna de humedad es determinada por: Wint = Wn + We + Wg + Wp + Wpp + Wi Donde: Wi = La suma de todas las cargas infiltradas (Wi1, Wi2, Wi3, Wi4, Wi5).
HUMEDAD DEL AIRE DE REPOSICIÓN Los requerimientos de aire de reposición están normalmente determinados por la suma de las extracciones instaladas en el espacio a controlar o por el número de personas que permanecerán en el área a controlar. Como referencia puede utilizarse La Tabla 5 – 5, derivada del ASHRAE Standard 62 – 73. Para determinar la carga de humedad en granos/hora, incorporada a un espacio por el aire de reposición, se utiliza la siguiente formula:
Wm = cfm X “d” X 60 X ∆ granos/lb de aire seco Donde:
cfm = Volumen de aire de reposición en ft3/min d = Densidad del aire en lb/ft3 ( ver Figura 5-5 ) ∆ granos/lb = Diferencia de contenido de humedad entre el aire de reposición y el espacio a controlar.
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EJEMPLO DE CALCULO EJEMPLO DE CALCULO Nº. 1 La deshumidificación en un almacén: El edificio esta localizado en Chicago, y las condiciones de diseño seleccionadas son 94º F y 136 granos/lb. La estructura tiene 250 ft de largo, 75 ft de ancho y 4 ft de alto. Existen cuatro puertas abatibles (todas en el mismo lado del edificio) de 10 ft de alto por 10 ft de ancho, solo dos de estas puertas son utilizadas. En promedio las puertas se abren hora y media durante todo el día. Las paredes son de ladrillo de 81/2 in de espesor, con recubrimiento a prueba de vapor. El techo es de lámina metálica y esta en buenas condiciones. El piso es de losa de concreto de 8 in. El edificio tiene ocho calefactores a gas que recirculan el aire. Cada unidad tiene una capacidad de 50,000 Btu/Hr, diseñados para mantener en invierno, una temperatura interior de 50º F. No se cuenta con sistema de ventilación o aire acondicionado. El volumen total del edificio es de 262,000 ft3. Todas las paredes dan al exterior; no existen particiones internas. El edificio es utilizado para almacenar partes de maquinaria en embalaje de madera. El embalaje representa aproximadamente 150,000 lb de madera. El contenido de humedad promedio de la madera, cuando se coloca en el almacén, es equivalente a una humedad de equilibrio por exposición a un ambiente con 60% de humedad relativa. El reciclado de todo el material se realiza dos veces por año. El equipo seleccionado deberá mantener durante todo el año, una humedad relativa de 40% y una temperatura mínima en invierno de 50º F. No existen límites superiores para verano. El acceso de personal y materiales esta limitado a una jornada de trabajo de ocho horas por día. Para efectos prácticos se considera que hay dos personas trabajando en el área, a un mismo tiempo. Dadas las condiciones anteriores, ¿ cual es la carga de humedad en el área ? Una hoja para el cálculo de carga de humedad se proporciona en el Apéndice. Los cálculos efectuados para determinar la carga de humedad de este ejercicio, se han registrado en la Figura 5-7. La humedad es más alta durante el verano. Aun cuando se ha especificado una humedad relativa de 40%, necesitamos saber cual es la temperatura interior asociada a las condiciones de diseño. Dado que la variación diaria de la temperatura, para el área de Chicago es de 20º F, es poco probable que para una condición de diseño, para verano de 95º F en el exterior, se puedan obtener 74º F en el interior. Para este caso entonces utilizaremos una condición de diseño para el interior de 74º F con 40 % RH, que corresponde a una humedad de 50 gr/lb y una presión de vapor de 0.34 in Hg. Los calefactores de gas solo funcionan durante el invierno. Estos pueden no ser considerados para el cálculo de carga de humedad para condiciones de verano.
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El cálculo de permeación a través del piso de concreto requiere un estimado de su temperatura. La figura 5-6 puede ser utilizada para este propósito. La presión de vapor utilizada corresponde a la del aire saturado a la temperatura del piso. Las 150,000 Lbs de madera de embalaje representan una carga de humedad dentro del espacio. Con un ritmo de reciclado de dos cambios por año, estamos hablando de 300,000 libras de madera por año. La madera expuesta a un ambiente de 60% RH, contiene aproximadamente 11.5% de humedad en peso, mientras que expuesta a un ambiente de 40% RH, contiene aproximadamente 7.5%. Como se muestra en la hoja de cálculo, el cambio de 300,000 Lbs/año, representa la incorporación de 99,589 gr/Hr. Como puede observarse en la hoja de cálculo, la infiltración por apertura de puertas y ranuras alrededor de las puertas representan la carga más grande de humedad.
Figura 5-6 Promedio de humedad a un nivel de 30 – 60 ft
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Figura 5 – 7 Hoja de Cálculo de Carga de Humedad para el Ejemplo de Almacén.
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EJEMPLO DE CALCULO Nº. 2 Acondicionamiento de un Cuarto de Laminado de Cristal Automotriz. Un fabricante de cristal para automóvil tiene un cuarto de laminación con dimensiones de 60 ft de largo por 10 ft de ancho, en proceso trabajan cinco personas y el producto aporta una carga de humedad de 6 lb/Hr. Para asegurar la calidad del producto requiere un ambiente controlado con humedad de 20% RH a 70º F. En la superficie interior del cuarto se aplicará un material aislante como barrera de vapor. Un transportador que tiene una apertura en la pared de 2 in por 45 in, se encuentra localizado en la pared norte del cuarto, el cuarto adyacente tiene una temperatura de 95º F y una humedad de 50%. El transportador opera en forma continua a una velocidad de 12 ft/min. En la pared este existe una puerta con 4 ft de ancho y 6 ft de alto y es abierta aproximadamente ocho veces por hora. Las condiciones al otro lado de la puerta son 95º F con 50% RH. Se ha recomendado al cliente la instalación de un vestíbulo en esta puerta, las dimensiones del vestíbulo serán 8ft x 8 ft x 8ft. La pared sur no tiene ninguna apertura al exterior, las condiciones al otro lado de este muro son 95º F y 50% RH. La pared oeste tiene una puerta de acceso de personal de 30 in por 78 in de alto y es abierta dos minutos cada hora. Las condiciones del aire al otro lado de esta puerta son 95º F y 50%. Criterios aplicados al cálculo: Condiciones actuales del cuarto 68º F, 50% RH 68 500 SCFM como aire de reposición. Energía Disponible: Vapor: 100 Lbs (saturado) Energía Eléctrica: 460V / 3ph / 60Hz Agua: 50º F, 80 gpm Condiciones Ambientales: Verano: 95º F,125 gr/lb Invierno: -10º F Carga Interna Sensible: Personal, Iluminación y Equipo: 60,000 Btu/Hr
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La Figura 5-8 ilustra el área que se pretende acondicionar. Los cálculos de carga de humedad se muestran en la hoja de cálculo.
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Figura 5 – 9 Hoja de Cálculo de Humedad Para un Proceso de Laminado de Cristal
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6__________________________________ SELECCIÓN Y DESEMPEÑO DE LOS DESHUMIDIFICADORES. REFRIGERACIÓN VS. DESECANTES La selección de un deshumidificador involucra una serie de decisiones, empezando con una revisión de los méritos comparativos de los deshumidificadores refrigerativos y desecantes. Es necesario considerar factores como inversión inicial, costos de operación y costos de mantenimiento. En términos de inversión inicial, los deshumidificadores por refrigeración regularmente son menos costosos pero entregan el aire con una temperatura de punto de rocío por encima de los 40 F. Los costos de mantenimiento pueden ser iguales o mayores a los requeridos por un sistema desecante. En general, los costos de operación representan el factor clave en la selección del equipo. Sin embargo como una regla general podemos decir que será necesario utilizar sistemas desecantes cuando se requiera una temperatura de punto de rocío inferior a 40 F. Por encima de los 40 F ambos sistemas deberán ser evaluados sobre la base de comparar los costos de operación. Para lograr una buena especificación es necesario hacer las siguientes consideraciones: 1.- Eficiencia de la refrigeración 2.- Eficiencia del deshumidificador 3.- Costo de la energía eléctrica 4.- Costo de la energía de reactivación 5.- Costo del recalentamiento 6.- Capacidad de remoción de humedad en ambos equipos 7.- Temperatura de bulbo seco a la descarga 8.- Temperatura de punto de rocío a la descarga
La forma en que cada uno de los equipos logra las mismas condiciones de humedad y temperatura, se encuentra indicada en la carta psicrométrica de la figura 6-1. Ambos equipos toman y descargan el aire en condiciones idénticas, la “ruta” que siguen los equipos es un poco diferente. La clave para evaluar el comportamiento de los equipos se encuentra en la temperatura de bulbo seco a la descarga. Esta diferencia es una
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medida de la cantidad de energía requerida por el sistema refrigerativo para lograr las mismas condiciones a la descarga. Otro factor importante a considerar es el costo de la energía de reactivación en el sistema desecante. Por ejemplo, las unidades con reactivación a gas o vapor, aun cuando utilizan una mayor cantidad de energía, son frecuentemente más económicas de operar que las unidades de refrigeración que funcionan con energía eléctrica. Es posible tomar de la condensadora la energía requerida para el recalentamiento. Sin embargo esta no es una opción practica en sistemas muy grandes o cuando se requiere de un control muy preciso sobre la temperatura y la humedad.
Figura 6-1
Comparativo del proceso psicrométrico aplicado por un deshumidificador refrigerativo contra el aplicado por un sistema desecante.
La gráfica mostrada en la figura 6-2 puede ayudarnos a comprender el por que un sistema tiene ventajas desde el punto de vista de la energía utilizada en su operación. El sistema de refrigeración mostrado se basa en un COP de 3.0 y una eficiencia de deshumidificación de 2000 Btu por lb de agua removida. La línea de humedad especifica en la que se encuentran las condiciones finales, corresponde a la mínima humedad lograda por un siste ma refrigerativo. Cuando las condiciones finales se encuentran por debajo de esta línea, es conveniente utilizar sistema desecante.
Por ejemplo, si comparamos un sistema desecante con reactivación a vapor y serpentín de post enfriamiento, contra un sistema de deshumidificación por refrigeración con serpentín de vapor para el recalentamiento, ambos trabajando bajo las siguientes condiciones:
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Vapor suministrado: 100 psig, 880 Btu/lb a $9.00 / 1000 Lbs. Electricidad a 8 centavos por kilowatt Temperatura de bulbo seco a la descarga = 68º F Temperatura de punto de rocío a la descarga = 40º F Humedad absoluta requerida a la descarga = 30 granos/lb
Figura 6 – 2 Comparativo de Costo de Operación Entre Deshumidificación por Refrigeración y Desecante. De la gráfica anterior se tiene que, la relación entre el consumo de energía en la reactivación contra el consumo de energía eléctrica es: __$ 9.00 / 1000 Lbs de vapor__ 880 Btu/lb de vapor
_°_ °
___0.08 $ / kw___ 3414 Btu/kw
= 0.44
La diferencia entre la temperatura de bulbo seco y la temperatura de punto de rocío en el aire descargado, es de 28 F. La intersección de estos dos valores (0.44, 28º F) se muestra en la figura 6-2. En este caso, el punto aparece por encima de las condiciones de humedad requerida (30 granos/lb). La ventaja por concepto energía de operación la tiene
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el sistema desecante. Valores mayores en la humedad absoluta requerida, podrían dar la ventaja al sistema refrigerativo. Por ejemplo, si la humedad absoluta requerida fuera de 38 granos/lb en vez de 30 granos/lb, el punto indicado en la gráfica estaría por debajo de los 38 granos/lb, siendo el deshumidificador por refrigeración el indicado. La figura 6 – 2 ha sido elaborada con el supuesto de que el mismo tipo de energía que se requiere para el recalentamiento, es la que se utiliza para la reactivación. En caso de que no se requiera el recalentamiento o que esta energía fuera tomada de la condensadora, el sistema deshumidificador por refrigeración será el más recomendable en la mayoría de los casos excepto para aquellas aplicaciones en las que se requiera de un punto de rocío muy bajo. Por otra parte, cuando se requiera de aire seco y templado, el sistema de deshumidificación será la opción más recomendable. En muchos casos, con el uso de un sistema combinado de refrigeración - desecante se lograra integrar el sistema más eficiente. Combinando la deshumidificación por refrigeración para abatir la humedad hasta cierto nivel y posteriormente un equipo desecante que retire el exceso de humedad del aire, se pueden lograr sistemas que alcanzan temperaturas de punto rocío de hasta –45º F. (Diseños especiales pueden lograr hasta 65º F).
DESEMPEÑO DE LOS DESHUMIDIFICADORES DESECANTES Todos los deshumidificadores desecantes operan con principios similares. Sin embargo, los diferentes fabricantes tienen pequeñas diferencias en cuanto a la forma de dimensionar y seleccionar sus equipos. Las variables clave son el contenido de humedad y la temperatura en el aire a la entrada de proceso, velocidad del aire y cantidad de energía aplicada en la reactivación. La eficiencia de ellos varía dependiendo si son del tipo líquido absorbente, torre empacada, y cama rotatoria.
UNIDADES DE LIQUIDO ABSORBENTE. Estas Unidades utilizan internamente serpentines de enfriamiento para extraer el calor latente de absorción y enfriar el desecante. La cantidad de enfriamiento aplicado afecta significativamente sobre los niveles de humedad absoluta y temperatura alcanzadas en el aire, a la descarga de la unidad. La gráfica de la figura 6 – 3 muestra el desempeño típico de una unidad de Líquido Absorbente que utiliza como desecante una solución de cloruro de litio.
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Figura 6 – 3 Gráfica del desempeño típico de una unidad de líquido absorbente.
La eficiencia con la que un equipo desecante a base de líquido absorbente remueve la humedad, puede estar limitada por la fase en la que se encuentra la solución desecante. Las unidades que utilizan una solución de cloruro de litio, no pueden entregar el aire con una humedad inferior al 15% de HR porque la solución comienza a cristalizarse a bajos niveles de humedad. Esto generalmente restringe su aplicación y solo se recomienda en aquellos casos en los que se busca una temperatura de punto de rocío de 10º F o mayores.
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UNIDADES DE TORRE EMPACADA. Las unidades de tipo torre empacada se pueden encontrar en el mercado en una amplia variedad de diseños. Las variables básicas consisten en tipo de desecante, profundidad de la cama y velocidad del aire a través de la cama. Es posible incorporar serpentines de enfriamiento a los equipos para incrementar la capacidad de remoción de humedad y reducir la temperatura a la descarga. Una de las características indeseables de las torres empacadas es que su ciclo de operación ocasiona grandes fluctuaciones en la temperatura y humedad del aire a la descarga. Por lo tanto, la torre empacada no es el equipo indicado cuando se requieren controles muy precisos de temperatura y humedad. La Figura 6 – 4 muestra las características de operación típica para una unidad tipo torre empacada de camas duales.
Figura 6 – 4 Características Operacionales de la Unidad Tipo Torre Empacada de Camas Duales.
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UNIDADES TIPO ROTATORIAS. Estas unidades se caracterizan por un nivel de humedad y temperatura constantes en el aire a la descarga, para diferentes condiciones de humedad en el aire a la entrada. Ambas unidades la tipo cama adsorbente y la HoneyCombe tipo adsorbente son similares en este sentido. La remoción de humedad depende primeramente de la temperatura y contenido de humedad en el aire a la entrada. Las tablas de operación de los equipos tipo cama rotatoria han sido elaboradas considerando una cantidad de aire constante, para cada uno de los modelos o tamaños de equipo. Como resultado, la estimación del desempeño y la selección del equipo es muy confiable. La figura 6 – 5 muestra los datos del desempeño típico de las unidades tipo cama rotatoria adsorbente. Conociendo la humedad y temperatura del aire a la entrada, es posible determinar la humedad y temperatura del aire a la descarga.
Figura 6 – 5 Desempeño Típico de un Deshumidificador Adsorbente de Camas Rotatorias. Los datos del desempeño de una unidad deshumidificadora con rueda HoneyCombe muestra que para un tamaño especifico del equipo, el contenido de humedad y la temperatura del aire a la descarga, dependen de la velocidad con que el aire cruza por la rueda así como de las condiciones de éste a la entrada de la rueda. La temperatura de regeneración también afecta significativamente el desempeño del equipo; sin embargo, las unidades normalmente indican el rango de temperatura que deberá mantenerse en la reactivación (HoneyCombe 250º F a 275º F). La figura 6 – 6 muestra las curvas de desempeño para una rueda HoneyCombe para las condiciones de 60 gr/lb o menos, en el aire que entra a la rueda. Las líneas punteadas en la figura 6 – 6 indican, un aire entrando con 70º F, 55 gr/lb. Con una temperatura de reactivación de entre 250º F – 300º F y una velocidad del aire de 500 fpm, el contenido de humedad en el aire a la descarga sera de 13 gr/lb.
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Figura 6 – 6 Datos de Operación de un Deshumidificador con Rueda HoneyCombe Trabajando en el Rango de Humedad Baja.
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COMPARATIVO DE DESHUMIDIFICADORES DESECANTES Las principales características comparativas de los deshumidificadores desecantes son: • • • •
Posibilidad de lograr muy bajas temperaturas de punto de rocío Alta eficiencia operacional Larga vida del desecante Costo del equipo
BAJA TEMPERATURA DE PUNTO DE ROCIO. Todos los deshumidificadores tienen un límite en cuanto a bajar la temperatura de punto de rocío del aire que procesan. Ningún equipo puede producir aire totalmente libre de humedad. Las unidades de líquido desecante pueden alcanzar hasta 10º F de temperatura de punto de rocío. La solución de sales absorbentes (ej. Cloruro de litio líquido) utilizada por algunas unidades, generalmente no puede existir en equilibrio con el aire a bajas temperaturas de punto de rocío, ya que las sales llegan a cristalizarse. Las torres empacadas logran una temperatura de punto de rocío de –40º F, pero la temperatura en el aire a la descarga incrementa drásticamente en la medida que baja la temperatura de punto de rocío. Las camas rotatorias pueden lograr temperaturas de punto de rocío de hasta – 30º F si se mantiene un control preciso sobre la caída de presión en el aire a su paso por la cama. Si el equipo no cuenta con este tipo de controles la temperatura de punto de rocío mínima, que se puede lograr, es de – 10º F. Los equipos que funcionan con ruedas HoneyCombe son capaces de lograr hasta – 55º F de temperatura de punto de rocío. Diseños especiales pueden lograr niveles aún más bajos. EFICIENCIA OPERACIONAL La Eficiencia operacional de los deshumidificadores puede ser incrementada por medio de algunos controles especiales y dispositivos de recuperación de calor. Si comparamos la cantidad de energía utilizada para la reactivación en cada uno de estos deshumidificadores, la tabla comparativa podría indicarse de la siguiente manera: Tipo de Deshumidificado Rotor HoneyCombe Liquido Absorbente Cama Rotatoria Adsorbente Torre Empacada
Comparativo de los Requerimientos de Energía Eléctrica Para la Reactivación. 1.0 1.1 1.5 1.5
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Aunque existen variaciones a los consumos indicados en la tabla anterior, son las características propias de cada deshumidificador las que establecen las cantidades de energía que utilizan en la reactivación. En las unidades desecantes la energía es aplicada para retirar la humedad del desecante (calor latente de vaporización), para calentar la masa del material desecante y la estructura que lo soporta, durante la transición de la fase de sorbción (atrapar el vapor de agua contenido en el aire) a la fase de regeneración (donde se remueve el agua condensada en la estructura del material desecante). La tabla comparativa mostrada anteriormente muestra las cantidades de energía que en forma relativa se utilizan en cada uno de los equipos, considerado tanto la energía utilizada para calentar el desecante como su estructura soporte.
Los requerimientos de postenfriamiento del aire pueden representar otro factor a considerar en el calculo de la eficiencia de los equipos. Cuando el aire es secado con desecantes la temperatura de éste se incrementa por que el calor latente de vaporización contenido por el vapor de agua y el calor atrapado por el desecante y su estructura soporte, son transferidos al aire seco. Las unidades de líquido desecante incluyen dentro de su proceso una etapa de enfriamiento como parte intrínseca de su operación. Los deshumidificadores que utili zan desecantes sólidos generalmente requieren equipos de postenfriamiento a la descarga. Los requerimientos relativos de enfriamiento para los diferentes tipos de deshumidificadores, están directamente relacionados con la cantidad de energía de regeneración aplicada para la reactivación del descante y su estructura soporte. Este calor mas el calor de vaporización debe de ser removido por medio de enfriamiento. Como resultado, los requerimientos de enfriamiento en los deshumidificadores son básicamente los mismos que se utilizan en la reactivación.
VIDA UTIL DE LOS DESECANTES Algunos desecantes están sujetos a desperfectos en sus componentes por lo que se requiere de reparaciones periódicas. La sílica gel se fractura con el tiempo y debe de ser revisada periódicamente y reemplazada. El cloruro de litio esta sujeto a reacciones ácidas, formando regularmente ácido sulfúrico. Para determinar las condiciones del desecante es necesario practicar periódicamente análisis químicos.
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Apéndice
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