Humidificacion adiabatica del aire ESP.pdf - Hanseata

Condair: Humidificación adiabática del aireHigiénica y eficienteAplicación de Productos Productos envasados Deshumidificación HumidificaciónServicio posventaPara un mejor clima

2Humidificación adiabática del aireHumidificación adiabática del aireHigiénica y eficiente«En el universo, la materia no se creani se destruye, sólo se transforma»Este principio de la física se aplica igualmente a la humidificacióny deshumidificación en las que agua (enfase líquida) se transforma en vapor de agua (en fasegaseosa). Para producir este cambio de estado físicoes necesario aplicar energía, llamada también «energíade transición». En el proceso de humidificación del airehay que añadir continuamente esta «energía de transición», que se libera en la llamada «energía latente»durante la deshumidificación del aire. La humidificacióndel aire utiliza tres métodos básicos: evaporación, pulverizacióny vaporización. El siguiente artículo trata dela combinación de las técnicas de pulverización y deevaporación, con ayuda del ejemplo concreto del CondairDual, un humidificador de aire adiabático del fabricantesuizo Axair.Explicación de la distribución de la actividad microbianay de las reacciones químicas en función de lahumedad del aireMedidas óptimasBacteriasVirusHongosÁcarosInfecciones del aparato respiratorioAlergia y asmaReacciones químicasProducción de ozono10 20 30 40 50 60 70 80 90(%) Humedad relativa del aire

3Un tópico controvertidoEs realmente inconcebible quese ponga continuamente en telade juicio la humidificación del aire,cuando durante aproximadamentedos tercios del año (en el otoño, elinvierno y la primavera) el vaporde agua contenido en el ambienteque nos rodea no es suficientepara crear un clima estable, una circunstanciaindispensable para asegurarunas condiciones adecuadaspara trabajar y para los propios procesosde producción, además delbienestar de las personas. Así, porejemplo, la humidificación del airees necesaria para acelerar algunosprocesos de producción industrial,para evitar la electricidad estática,para proteger piezas valiosas en losmuseos o para crear un entorno detrabajo adecuado desde el punto devista tanto clínico como higiénico enel sector de tecnologías aplicadas ala salud. En los almacenes refrigeradosse utiliza la humidificación delaire para disminuir la pérdida de volumeno de peso de frutas y verduras,y en el almacenamiento de artículoshigroscópicos se utiliza paraevitar pérdidas de materia por liberaciónde vapor de agua al aire. Sinembargo, los medios de comunicacióninforman frecuentemente, demanera poco racional y no del todoobjetiva, de la supuesta difusión depatógenos, polvo, alergógenos, gérmenes,esporas, hongos, etc. a travésde los sistemas de humidificaciónde aire y de «los sistema deaire acondicionado». El resultado esuna sensación de inseguridad en losusuarios y manipuladores de sistemasde aire acondicionado y de ventilaciónque, a menudo, les lleva arechazarlos. Por esta razón, el sectordel aire acondicionado necesitaresponder continuamente a lasafirmaciones inadecuadas y falsascon argumentos concretos, especialmenteporque los sistemas deaire acondicionado y de ventilaciónson indispensables con los actualesmétodos de construcción de plantasabiertas para ocupación dedicadasa oficinas.En el caso de las verduras, como en el de otros muchosproductos, la humedad del aire tiene un efectodirecto sobre el peso y, por tanto, sobre su preciode venta.

4Humidificación adiabática del aireA fin de contrarrestar los riesgoshigiénicos, mencionados con tantafrecuencia, es importante, especialmente,la inspección periódicay el mantenimiento completode los sistemas de aire acondicionado.Si conviene y es posible hacerlodebería incluirse la limpieza delos conductos del aire acondicionado.Muchas veces, también es necesariodesinfectar todos los módulosdel sistema. En concreto, los sistemasmás antiguos, equipados conlos llamados «lavadores de aire»,son los que requieren mayores gastosde mantenimiento. Además, laadición de biocidas para eliminar losgérmenes en el agua del humidificadorimplica un coste elevado, porno citar las precauciones que debentomarse en cualquier caso. La radiacióncon rayos UV del agua utilizadaen la humidificación, un método utilizadocon frecuencia, también tienesus desventajas, ya que sólo esefectiva en las zonas sobre las queactúa directamente. Los bordes, lasesquinas y las partículas en suspensiónen el agua crean sombras quelimitan considerablemente el efectode la radiación UV. Por otra parte,esta radiación sólo desactiva los gérmenespresentes, pero no puedeevitar el crecimiento de otros gérmenesen lugares que no han sidoalcanzados por la radiación. Tras aplicarla radiación se forma una llamadapelícula biológica que actúacomo cubierta de protección, perosirve al mismo tiempo como lechode cultivo para el posterior crecimientode nuevos gérmenes; puestoque el sistema inmunológico humanono puede distinguir entre gérmenesvivos o muertos, no puedeexcluirse totalmente que se produzcanreacciones alérgicas relacionadascon este modo de eliminaciónde gérmenes.La adición de iones plata al agua dealimentación para la humidificación,es mucho más efectiva que el tratamientode los microorganismos dedicha agua con productos químicoso con radiaciones UV. Este sistemada resultados aceptables en combinacióncon agua totalmente desalinizada.La tecnología de tratamientode agua más utilizada en la prácticaactualmente, combina el intercambioiónico, que elimina los componentesque confieren su dureza alagua potable, con la osmosis inversapara «filtrar» los residuos minerales,la materia en suspensión y unaparte muy importante de los microorganismoscontenidos en el agua.Otros factores que garantizan la higieney la seguridad son las estrictasnormas actuales en el campo dela tecnología del aire acondicionadoy de la ventilación, relativas al funcionamiento,mantenimiento y reparaciónde las instalaciones existentes,tal como se indica en la normaDIN 1946 (como borrador) y enla nueva norma VDI 6022-1 (actualmenteen la etapa de libro verde) asícomo en la VDI 3808.« «Recuento de bacteriasTiempo« «La reproducción es ilimitada sinlos iones de plataLos iones de plata promueven larestricción a gran escala

5TecnologíasTal como se ha mencionado al principio,para la humidificación del aireexisten varias tecnologías, basadasen tres métodos esenciales:• Evaporaciónmantas rociadas con agua, filtros,esterillas o placas cerámicas• Pulverizacióncon ayuda de discos atomizadoresmecánicos, boquillas de unoo dos fluidos, las conocidas comoboquillas de impacto, y los atomizadorespor ultrasonido• Vaporizaciónmediante generación eléctrica autónomade vapor de agua o humidificadoresde vapor de agua a presión,en combinación con un sistemade vapor ya existente, como,por ejemplo, en la industria o enlos hospitales, formando una unidadfuncional con la válvula decontrol, el sistema de distribucióny la eliminación del condensadoAparte de la técnica de evaporación,los «lavadores de aire» constituyenel método más antiguo de humidificación,ya que, como indica sunombre, la principal función de estosdispositivos eran eliminar el polvo,las fibras y los gases del aire dealimentación. En las primeras etapasde la industrialización, las fábricasde hilados y de tejidos prepararonel camino para esta tecnología.Desde hace pocos años, se ha redescubiertola tecnología adiabática– una combinación de pulverizacióny evaporación – y hemos asistidoa su rápido desarrollo graciasal aumento del coste de la energía,una situación que ha propiciado lacontinua aparición de nuevas tecnologíasen el mercado. La tecnologíaadiabática, por ejemplo, utilizavarias combinaciones de boquillasde pulverización que trabajan a presionessuperiores a los 140 baresen el sistema de humidificación delagua y, a continuación, elementosde evaporación de diferentes tiposy diseños. Sin embargo, la eficienciaen cuanto a humidificación y lacapacidad de evaporación de estossistemas es algo limitada en casitodos los casos. Además, debentenerse en cuenta las leyes que rigenel comportamiento de minúsculasgotas de agua y de los aerosoles,ya que debido a su tamaño(algunas < 1µm) flotan con muchafacilidad, son arrastradas por el airey se desplazan a través de estesiguiendo las leyes del movimientobrowniano. Si en la fabricación nose toman las precauciones adecuadas,pueden pasar a través de laabertura más pequeña, incluso lasde los elementos de separación.

6Humidificación adiabática del aireTécnica de humidificación híbridaEl Condair Dual del fabricante suizoAxair se basa en el principio de humidificaciónadiabática; no obstante,utiliza una técnica combinada depulverización y evaporación que evitalos inconvenientes antes señalados.En el desarrollo del sistemase ha prestado especial atención atodas las normas y estándares deingeniería conocidos, así como amantener un estándar de higienealto. Durante los tres años empleadosen su desarrollo se han utilizadocomo puntos de partida las condicionessiguientes:• Estructura modular y posibilidadde actualizar el diseño de los sistemasexistentes de aire acondicionadoy de ventilación y desustituirlo aplicando las nuevastecnologías disponibles• Distancias cortas de montaje• Cumplimiento de todas las normasde higiene aplicables en laactualidad• Menos consumo de energía yagua, menores gastos de mantenimientoy, por consiguiente, menorescostes de funcionamientoEn la última etapa del proceso dedesarrollo se trabajó durante un añocon la colaboración científica del HygieneinstitutFresenius. Se ensayaronlos aspectos higiénicos, tantoen el laboratorio como en funcionamientocontinuo en instalaciones,de diversos sistemas de aire acondicionadoy de ventilación. A la vistade los excelentes resultados de losensayos se obtuvo el «FreseniusHygiene Certificate» para humidificaciónde aire – una novedad en estetipo de tecnología de humidificación– válido no sólo para las instalacionesen las que se efectuaron losensayos, sino para el sistema Dualen general, con independencia desu lugar de instalación. Por esta razón,los diferentes sistemas se sometenperiódicamente a revisionesy análisis higiénicos con objeto derenovar el certificado. Además, paramantener los estándares de higienees indispensable que el montaje loefectúe un profesional.[Figura 5]Cerificado de higiene para humidificación de aireotorgado por el Instituto Fresenius gracias a losexcelentes resultados obtenidos en los ensayos deCONDAIR Dual 2

7Sofisticados conceptos de higiene y de diseñoEstas grandes prestaciones encuanto a condiciones higiénicas sebasan en un sofisticado conceptocuyo fundamento es la ionizaciónde plata. Justo antes de que elagua de humidificación entre en lasboquillas moleculares, se le añadeniones plata que se depositanen las placas cerámicas en forma deuna nube de diminutas gotas. Estosiones de plata actúan además deforma preventiva en la corriente deaire que fluye a través de la instalación.Si la instalación se para durantemás de 12 horas, una bomba deagua garantiza el vaciado completode todos los componentes de lainstalación del humidificador quetransportan agua. [Foto 9]Además de por la ionización de plata,el Condair Dual se caracteriza porsu especial diseño. En la sección dehumidificación se encuentran dispuestas,como las tejas de un tejado,unas placas cerámicas muy porosasy resistentes de 50 mm deespesor [foto 6] que proporcionanuna gran superficie específica parala evaporación posterior del aguadel humidificador. La masa de aireque fluye a través de la resistenciaes pequeña: aproximadamente 70Pa para una velocidad del aire de2,0 m/s respecto a la sección transversallibre. No es preciso utilizar eneste caso el rectificador y los colectoresnecesarios en el caso de loslavadores de aire y de otros métodosparecidos de humidificación.Con la ayuda de una boquilla molecular,a la que se ha incorporadouna pieza cerámica desarrollada específicamentecon este propósito,se genera a una presión comprendidaentre 4 y 8 bares una nube dediminutas gotas finamente pulverizadasque pueden flotar en el aire[Foto 7]; estas gotas se evaporanparcialmente en su recorrido hacialas placas cerámicas antes de depositarsesobre las propias placas enforma de una fina película de agua.Tomando la energía de evaporación(= energía de transición) del aire circulante,puede efectuarse de formamuy eficiente el cambio de estadode agua a vapor de agua. Con ayudade un ordenador, las boquillas molecularesse distribuyen uniformementesobre la sección transversaldel alojamiento, de manera que entodo momento, incluso en condicionesde funcionamiento a media carga,se garantiza el cubrimiento uniformede las placas cerámicas entoda la sección transversal de la instalación.[Foto 8][Foto 6] [Foto 7][Foto 8][Foto 9]

8Humidificación adiabática del aireAgua totalmente desalinizada y aire filtradoOtras ventajas de esta tecnologíason el rápido efecto de secado delas placas cerámicas mediante lacorriente de aire, una vez cerradala pulverización, así como la posibilidadde graduación mediante unaseñal externa. De este modo, conun consumo pequeño, se consigueuna tolerancia de humedad relativade +/–4% respecto al objetivo dehumedad fijado.En conjunto, esta innovadora combinaciónde una nube homogéneade gotas de agua lo más pequeñasposible y de su posterior evaporacióna través de unas placas cerámicasgarantiza una humidificaciónmuy eficiente y, por tanto, la mejorutilización posible del humidificador,con la mínima proporción posiblede goteo de agua. Respecto ala eficiencia del proceso de humidificación,las pérdidas de agua sonde aproximadamente entre el 10 yel 15% de la producción máxima deaire húmedo.Para mantener la higiene y la seguridaden la sección de humidificaciónse utiliza únicamente aguatotalmente desalinizada (filtrada); lassecciones de humidificación estánforradas de acuerdo con esta condiciónde funcionamiento. Se recomiendaun sistema de procesamientode agua que disponga de unreductor de dureza conectado a undispositivo de «ósmosis inversa» yun recipiente de almacenamientocerrado y presurizado; en este contextohay que tomar precaucionespara evitar que queden conectadasla salida y la boquilla molecular conel medio exterior. También puedeutilizarse el agua totalmente desalinizada(filtrada) que se encuentradisponible en cantidad suficienteen la industria, siempre que se ga-rantice una higiene perfecta. Desdeel punto de vista de protecciónfrente a la contaminación, el airede alimentación debe filtrarse conun filtro de calidad F7 instalado antesde la cámara del humidificador(de acuerdo con los últimos avancestecnológicos).Si hay una elevada contaminaciónproducida por partículas de polvomuy finas que no pueden eliminarsemediante filtros del tipoF7 (como, por ejemplo, en zonasindustriales o en zonas urbanizadasde similares características),deben tomarse medidas especiales.En cualquier caso, si se han utilizadodetergentes, hay que prestar especialatención en comprobar que,tras un aclarado abundante, no hanquedado restos del detergente.

9Aplicaciones versátilesEficiente y fiableDebido al diseño modular de la tecnologíaDual, este sistema es adecuadono sólo para nuevas instalacionessino también para mejorar,sin incurrir en gastos importantes,el diseño de sistemas de aire acondicionadoy de ventilación ya existentes.Con este fin, deben limpiarselos alojamientos anteriores deplástico reforzado con fibra de vidrio,y deben taparse con parchesde fibra de vidrio y resinas epoxi cualquierporo que se haya podido formar.Tras una minuciosa revisión, esposible que el anterior sistema decontrol pueda volver a utilizarse.En el caso de un diseño adecuadodel sistema, el efecto de enfriamientoadiabático puede utilizarseasimismo para enfriar duranteel verano. Así, por ejemplo, en unaempresa dedicada al procesamientode láminas, se equiparon con un sistemaadiabático Condair Dual seisinstalaciones situadas en la cubiertadel techo, con un caudal de airede 60.000 m3/h. En invierno, la humedaddel ambiente en producciónse mantuvo a aproximadamenteun 60% de humedad relativa, y enve-rano, con ayuda del enfriamientoadiabático, la temperatura ambientese mantuvo entre 24 y 26° C. Estosignifica que la tecnología de humidificaciónse mantiene en funcionamientodurante todo el año y, enconsecuencia, dado el elevado númerode horas de funcionamiento,se controla la higiene de la instalacióncada seis meses.Otro ejemplo de aplicación industriales el enfriamiento de la alimentaciónde aire de una turbina de gas.En este caso, el sistema tecnológicose coloca en un alojamiento galvanizadoen el exterior y forrado deacero inoxidable en el interior. En laentrada se instaló una pantalla paraevitar la entrada de aves y un filtrodel tipo F7. Toda la unidad estabaconectada a una turbina de gas. Enverano, con la tecnología Dual seenfría la alimentación de aire de laturbina, con lo que la eficiencia dela propia turbina aumenta considerablemente.Puesto que la energíaeléctrica generada se distribuye parcialmentea través de la red de serviciopúblico, la inversión se amortizamuy rápidamente con los ingresosobtenidos.La tecnología híbrida de humidificaciónaquí descrita se ha aplicadocon éxito durante casi diez años enmuchos sistemas de aire acondicionadoy de ventilación. Puede utilizarseen diversas aplicaciones, esfácil de montar y tiene una estructuray un modo de funcionamientomuy sencillos, y de fácil manejopor todas las personas. Además,los gastos de mantenimiento sonbajos y ofrece un elevado grado dehigiene y de fiabilidad.Datos técnicos del Condair DualCaudal de aire húmedo2,000 l/h (en funcionamiento)Velocidad del aire en el dispositivo/conductos Entre 0,5 y 4,0 m/sEficiencia de humidificación HR máx. del 91%Control de precisión+/- 4 % (HR)Presión de funcionamiento en la boquilla molecular Entre 4,0 y 10,0 barPresión del agua de alimentaciónMínimo 2,0 bar, Máximo 10,0 bar.Longitud total de la unidad1.200 mmCalidad del agua de alimentación Agua totalmente desalinizada, entre 0,5 y 15 µSRatio aire-agua < 0.01Caída de presiónaprox. 70 Pa a V = 2,0 m/sCalidad del filtro previo al humidificadorF6 o, mejor, F7Pérdidas de aguaCertificados

10Adiabate Humidificación adiabática del aireExplicación de la humidificación adiabática del aire sobre eldiagrama h, xEn los sistemas adiabáticos, la energíade transición (= energía térmica)disponible desempeña un papelimportante en el cambio de estado.Esta es la razón por la que, paraobtenerse un determinado caudalde aire húmedo, debe calentarse elaire antes de alimentar el humidificadoradiabático de aire. Este calentamientose obtiene mediante unintercambiador de calor instaladoantes del sistema de humidificación,que aprovecha los sistemasde calefacción a gas o gasóleo existentes(por ejemplo, vapor de agua,o bombeo de agua caliente). El procesode evaporación se producea continuación únicamente absorbiendoenergía térmica del flujo deaire circulante (tal como muestra lalínea «h» del diagrama).En los diagramas h,x [Ilustración 10y 11] se puede observar el enfriamientodel aire circulante con absorciónsimultánea de vapor de agua(absorción de humedad). En la figura10 se muestra el comportamientotérmico de un sistema de aireacondicionado y de ventilación quefunciona exclusivamente con alimentaciónde aire de exterior. Esteaire exterior (1) es precalentado medianteun sistema de recuperaciónde calor (2); luego, se caliente medianteel llamado pre-calentador (3)hasta la temperatura de funcionamientoy, a continuación, puedeabsorber la humedad, liberando laenergía de evaporación en la zonafinal del sistema de humidificaciónp Densidad (kg/m3)Precalentamiento RecalentamientoRecuperación de calor Temperatura del aire (°C)[Figura 10]323.1145Temperatura de bulbo húmedo (° C)Entalpía específica (1+x)Ilustración de un sistema adiabático para funcionamiento con aire exterior exclusivamentekjkg

Calentamientopor mezclade aireRecalentamientoRecuperación de calor11de aire (4). Mediante la aplicación decargas térmicas internas – incluso,si es necesario, utilizando un postcalentador– se calienta el aire humidificadoa la temperatura ambientedeseada. Mediante un sistemade control de la entalpía con undiseño adecuado, se puede regularmejor la temperatura y la humedadde esta solución tecnológica. Paraalcanzar las condiciones de funcionamientode forma directamenteadiabática, la energía de transicióndebe aportarse exclusivamenteen el precalentador (3.1 = secciónsombreada).Actualmente, por razones de ahorroenergético así como para mejorarel funcionamiento del sistema,se utilizan los llamados sistema derecirculación de aire (Ilustración 11),en los que, con un sistema de recuperaciónde calor (2), se calienta previamenteel aire de alimentaciónque, a continuación y medianteunas válvulas de aire controladasadecuadamente (3), se mezcla conel aire procedente del sistema deventilación. El aire así mezclado secalienta con el precalentador (4)hasta la temperatura de funcionamientorequerida y se humidifica (5).La temperatura de funcionamientorequerida se alcanza medianteel post-calentamiento o con cargastérmicas internas instaladas previamente(6). Si el sistema de controlestá diseñado correctamente,pueden conseguirse temperatura yhumedad muy estables.p Densidad (kg/m3)PrecalentamientoTemperatura del aire (°C)[Figura 11]21Ilustración de un sistema adiabático con aire de meczia434.165Feuchtkugel-Temperatur (°C)kjkgh spez. Enthalpie (1+x)

© Axair AG / Axair GmbH, R. Steiner, Prok.BibliografíaE. Henne: Luftbefeuchtung, 4. Auflage, Oldenbourg-Verlag, MünchenChr. Bremer: Feuchteregelung, Arbeitsblätter der Axair GmbH, GarchingR. Steiner: Recknagel-Sprenger-Schramek Heizung- u. KlimatechnikAsesoramiento, Ventas y Servicios2521124 0605.2Para un mejor climaHANSEATA S.A.Almirante, 828004 MADRIDTelf.: 915 318 218Fax: 915 324.508info@hanseata.eswww.hanseata.es