Condair: Humidificación adiabática del aire

Transcripción

1 Condair: Humidificación adiabática del aire Higiénica y eficiente Aplicación de Productos Productos envasados Deshumidificación Humidificación Servicio posventa Para un mejor clima

2 2 Humidificación adiabática del aire Humidificación adiabática del aire Higiénica y eficiente «En el universo, la materia no se crea ni se destruye, sólo se transforma» Este principio de la física se aplica igualmente a la humidificación y deshumidificación en las que agua (en fase líquida) se transforma en vapor de agua (en fase gaseosa). Para producir este cambio de estado físico es necesario aplicar energía, llamada también «energía de transición». En el proceso de humidificación del aire hay que añadir continuamente esta «energía de transición», que se libera en la llamada «energía latente» durante la deshumidificación del aire. La humidificación del aire utiliza tres métodos básicos: evaporación, pulverización y vaporización. El siguiente artículo trata de la combinación de las técnicas de pulverización y de evaporación, con ayuda del ejemplo concreto del Condair Dual, un humidificador de aire adiabático del fabricante suizo Axair. Explicación de la distribución de la actividad microbiana y de las reacciones químicas en función de la humedad del aire Medidas óptimas Bacterias Virus Hongos Ácaros Infecciones del aparato respiratorio Alergia y asma Reacciones químicas Producción de ozono (%) Humedad relativa del aire

3 3 Un tópico controvertido Es realmente inconcebible que se ponga continuamente en tela de juicio la humidificación del aire, cuando durante aproximadamente dos tercios del año (en el otoño, el invierno y la primavera) el vapor de agua contenido en el ambiente que nos rodea no es suficiente para crear un clima estable, una circunstancia indispensable para asegurar unas condiciones adecuadas para trabajar y para los propios procesos de producción, además del bienestar de las personas. Así, por ejemplo, la humidificación del aire es necesaria para acelerar algunos procesos de producción industrial, para evitar la electricidad estática, para proteger piezas valiosas en los museos o para crear un entorno de trabajo adecuado desde el punto de vista tanto clínico como higiénico en el sector de tecnologías aplicadas a la salud. En los almacenes refrigerados se utiliza la humidificación del aire para disminuir la pérdida de volumen o de peso de frutas y verduras, y en el almacenamiento de artículos higroscópicos se utiliza para evitar pérdidas de materia por liberación de vapor de agua al aire. Sin embargo, los medios de comunicación informan frecuentemente, de manera poco racional y no del todo objetiva, de la supuesta difusión de patógenos, polvo, alergógenos, gérmenes, esporas, hongos, etc. a través de los sistemas de humidificación de aire y de «los sistema de aire acondicionado». El resultado es una sensación de inseguridad en los usuarios y manipuladores de sistemas de aire acondicionado y de ventilación que, a menudo, les lleva a rechazarlos. Por esta razón, el sector del aire acondicionado necesita responder continuamente a las afirmaciones inadecuadas y falsas con argumentos concretos, especialmente porque los sistemas de aire acondicionado y de ventilación son indispensables con los actuales métodos de construcción de plantas abiertas para ocupación dedicadas a oficinas. En el caso de las verduras, como en el de otros muchos productos, la humedad del aire tiene un efecto directo sobre el peso y, por tanto, sobre su precio de venta.

4 4 Humidificación adiabática del aire A fin de contrarrestar los riesgos higiénicos, mencionados con tanta frecuencia, es importante, especialmente, la inspección periódica y el mantenimiento completo de los sistemas de aire acondicionado. Si conviene y es posible hacerlo debería incluirse la limpieza de los conductos del aire acondicionado. Muchas veces, también es necesario desinfectar todos los módulos del sistema. En concreto, los sistemas más antiguos, equipados con los llamados «lavadores de aire», son los que requieren mayores gastos de mantenimiento. Además, la adición de biocidas para eliminar los gérmenes en el agua del humidificador implica un coste elevado, por no citar las precauciones que deben tomarse en cualquier caso. La radiación con rayos UV del agua utilizada en la humidificación, un método utilizado con frecuencia, también tiene sus desventajas, ya que sólo es efectiva en las zonas sobre las que actúa directamente. Los bordes, las esquinas y las partículas en suspensión en el agua crean sombras que limitan considerablemente el efecto de la radiación UV. Por otra parte, esta radiación sólo desactiva los gérmenes presentes, pero no puede evitar el crecimiento de otros gérmenes en lugares que no han sido alcanzados por la radiación. Tras aplicar la radiación se forma una llamada película biológica que actúa como cubierta de protección, pero sirve al mismo tiempo como lecho de cultivo para el posterior crecimiento de nuevos gérmenes; puesto que el sistema inmunológico humano no puede distinguir entre gérmenes vivos o muertos, no puede excluirse totalmente que se produzcan reacciones alérgicas relacionadas con este modo de eliminación de gérmenes. La adición de iones plata al agua de alimentación para la humidificación, es mucho más efectiva que el tratamiento de los microorganismos de dicha agua con productos químicos o con radiaciones UV. Este sistema da resultados aceptables en combinación con agua totalmente desalinizada. La tecnología de tratamiento de agua más utilizada en la práctica actualmente, combina el intercambio iónico, que elimina los componentes que confieren su dureza al agua potable, con la osmosis inversa para «filtrar» los residuos minerales, la materia en suspensión y una parte muy importante de los microorganismos contenidos en el agua. Otros factores que garantizan la higiene y la seguridad son las estrictas normas actuales en el campo de la tecnología del aire acondicionado y de la ventilación, relativas al funcionamiento, mantenimiento y reparación de las instalaciones existentes, tal como se indica en la norma DIN 1946 (como borrador) y en la nueva norma VDI (actualmente en la etapa de libro verde) así como en la VDI ««Recuento de bacterias Tiempo ««La reproducción es ilimitada sin los iones de plata Los iones de plata promueven la restricción a gran escala

5 5 Tecnologías Tal como se ha mencionado al principio, para la humidificación del aire existen varias tecnologías, basadas en tres métodos esenciales: Evaporación mantas rociadas con agua, filtros, esterillas o placas cerámicas Pulverización con ayuda de discos atomizadores mecánicos, boquillas de uno o dos fluidos, las conocidas como boquillas de impacto, y los atomizadores por ultrasonido Vaporización mediante generación eléctrica autónoma de vapor de agua o humidificadores de vapor de agua a presión, en combinación con un sistema de vapor ya existente, como, por ejemplo, en la industria o en los hospitales, formando una unidad funcional con la válvula de control, el sistema de distribución y la eliminación del condensado Aparte de la técnica de evaporación, los «lavadores de aire» constituyen el método más antiguo de humidificación, ya que, como indica su nombre, la principal función de estos dispositivos eran eliminar el polvo, las fibras y los gases del aire de alimentación. En las primeras etapas de la industrialización, las fábricas de hilados y de tejidos prepararon el camino para esta tecnología. Desde hace pocos años, se ha redescubierto la tecnología adiabática una combinación de pulverización y evaporación y hemos asistido a su rápido desarrollo gracias al aumento del coste de la energía, una situación que ha propiciado la continua aparición de nuevas tecnologías en el mercado. La tecnología adiabática, por ejemplo, utiliza varias combinaciones de boquillas de pulverización que trabajan a presiones superiores a los 140 bares en el sistema de humidificación del agua y, a continuación, elementos de evaporación de diferentes tipos y diseños. Sin embargo, la eficiencia en cuanto a humidificación y la capacidad de evaporación de estos sistemas es algo limitada en casi todos los casos. Además, deben tenerse en cuenta las leyes que rigen el comportamiento de minúsculas gotas de agua y de los aerosoles, ya que debido a su tamaño (algunas < 1µm) flotan con mucha facilidad, son arrastradas por el aire y se desplazan a través de este siguiendo las leyes del movimiento browniano. Si en la fabricación no se toman las precauciones adecuadas, pueden pasar a través de la abertura más pequeña, incluso las de los elementos de separación.

6 6 Humidificación adiabática del aire Técnica de humidificación híbrida El Condair Dual del fabricante suizo Axair se basa en el principio de humidificación adiabática; no obstante, utiliza una técnica combinada de pulverización y evaporación que evita los inconvenientes antes señalados. En el desarrollo del sistema se ha prestado especial atención a todas las normas y estándares de ingeniería conocidos, así como a mantener un estándar de higiene alto. Durante los tres años empleados en su desarrollo se han utilizado como puntos de partida las condiciones siguientes: Estructura modular y posibilidad de actualizar el diseño de los sistemas existentes de aire acondicionado y de ventilación y de sustituirlo aplicando las nuevas tecnologías disponibles Distancias cortas de montaje Cumplimiento de todas las normas de higiene aplicables en la actualidad Menos consumo de energía y agua, menores gastos de mantenimiento y, por consiguiente, menores costes de funcionamiento En la última etapa del proceso de desarrollo se trabajó durante un año con la colaboración científica del Hygieneinstitut Fresenius. Se ensayaron los aspectos higiénicos, tanto en el laboratorio como en funcionamiento continuo en instalaciones, de diversos sistemas de aire acondicionado y de ventilación. A la vista de los excelentes resultados de los ensayos se obtuvo el «Fresenius Hygiene Certificate» para humidificación de aire una novedad en este tipo de tecnología de humidificación válido no sólo para las instalaciones en las que se efectuaron los ensayos, sino para el sistema Dual en general, con independencia de su lugar de instalación. Por esta razón, los diferentes sistemas se someten periódicamente a revisiones y análisis higiénicos con objeto de renovar el certificado. Además, para mantener los estándares de higiene es indispensable que el montaje lo efectúe un profesional. [Figura 5] Cerificado de higiene para humidificación de aire otorgado por el Instituto Fresenius gracias a los excelentes resultados obtenidos en los ensayos de CONDAIR Dual 2

7 7 Sofisticados conceptos de higiene y de diseño Estas grandes prestaciones en cuanto a condiciones higiénicas se basan en un sofisticado concepto cuyo fundamento es la ionización de plata. Justo antes de que el agua de humidificación entre en las boquillas moleculares, se le añaden iones plata que se depositan en las placas cerámicas en forma de una nube de diminutas gotas. Estos iones de plata actúan además de forma preventiva en la corriente de aire que fluye a través de la instalación. Si la instalación se para durante más de 12 horas, una bomba de agua garantiza el vaciado completo de todos los componentes de la instalación del humidificador que transportan agua. [Foto 9] Además de por la ionización de plata, el Condair Dual se caracteriza por su especial diseño. En la sección de humidificación se encuentran dispuestas, como las tejas de un tejado, unas placas cerámicas muy porosas y resistentes de 50 mm de espesor [foto 6] que proporcionan una gran superficie específica para la evaporación posterior del agua del humidificador. La masa de aire que fluye a través de la resistencia es pequeña: aproximadamente 70 Pa para una velocidad del aire de 2,0 m/s respecto a la sección transversal libre. No es preciso utilizar en este caso el rectificador y los colectores necesarios en el caso de los lavadores de aire y de otros métodos parecidos de humidificación. Con la ayuda de una boquilla molecular, a la que se ha incorporado una pieza cerámica desarrollada específicamente con este propósito, se genera a una presión comprendida entre 4 y 8 bares una nube de diminutas gotas finamente pulverizadas que pueden flotar en el aire [Foto 7]; estas gotas se evaporan parcialmente en su recorrido hacia las placas cerámicas antes de depositarse sobre las propias placas en forma de una fina película de agua. Tomando la energía de evaporación (= energía de transición) del aire circulante, puede efectuarse de forma muy eficiente el cambio de estado de agua a vapor de agua. Con ayuda de un ordenador, las boquillas moleculares se distribuyen uniformemente sobre la sección transversal del alojamiento, de manera que en todo momento, incluso en condiciones de funcionamiento a media carga, se garantiza el cubrimiento uniforme de las placas cerámicas en toda la sección transversal de la instalación. [Foto 8] [Foto 6] [Foto 7] [Foto 8] [Foto 9]

8 8 Humidificación adiabática del aire Agua totalmente desalinizada y aire filtrado Otras ventajas de esta tecnología son el rápido efecto de secado de las placas cerámicas mediante la corriente de aire, una vez cerrada la pulverización, así como la posibilidad de graduación mediante una señal externa. De este modo, con un consumo pequeño, se consigue una tolerancia de humedad relativa de +/ 4% respecto al objetivo de humedad fijado. En conjunto, esta innovadora combinación de una nube homogénea de gotas de agua lo más pequeñas posible y de su posterior evaporación a través de unas placas cerámicas garantiza una humidificación muy eficiente y, por tanto, la mejor utilización posible del humidificador, con la mínima proporción posible de goteo de agua. Respecto a la eficiencia del proceso de humidificación, las pérdidas de agua son de aproximadamente entre el 10 y el 15% de la producción máxima de aire húmedo. Para mantener la higiene y la seguridad en la sección de humidificación se utiliza únicamente agua totalmente desalinizada (filtrada); las secciones de humidificación están forradas de acuerdo con esta condición de funcionamiento. Se recomienda un sistema de procesamiento de agua que disponga de un reductor de dureza conectado a un dispositivo de «ósmosis inversa» y un recipiente de almacenamiento cerrado y presurizado; en este contexto hay que tomar precauciones para evitar que queden conectadas la salida y la boquilla molecular con el medio exterior. También puede utilizarse el agua totalmente desalinizada (filtrada) que se encuentra disponible en cantidad suficiente en la industria, siempre que se ga- rantice una higiene perfecta. Desde el punto de vista de protección frente a la contaminación, el aire de alimentación debe filtrarse con un filtro de calidad F7 instalado antes de la cámara del humidificador (de acuerdo con los últimos avances tecnológicos). Si hay una elevada contaminación producida por partículas de polvo muy finas que no pueden eliminarse mediante filtros del tipo F7 (como, por ejemplo, en zonas industriales o en zonas urbanizadas de similares características), deben tomarse medidas especiales. En cualquier caso, si se han utilizado detergentes, hay que prestar especial atención en comprobar que, tras un aclarado abundante, no han quedado restos del detergente.

9 9 Aplicaciones versátiles Eficiente y fiable Debido al diseño modular de la tecnología Dual, este sistema es adecuado no sólo para nuevas instalaciones sino también para mejorar, sin incurrir en gastos importantes, el diseño de sistemas de aire acondicionado y de ventilación ya existentes. Con este fin, deben limpiarse los alojamientos anteriores de plástico reforzado con fibra de vidrio, y deben taparse con parches de fibra de vidrio y resinas epoxi cualquier poro que se haya podido formar. Tras una minuciosa revisión, es posible que el anterior sistema de control pueda volver a utilizarse. En el caso de un diseño adecuado del sistema, el efecto de enfriamiento adiabático puede utilizarse asimismo para enfriar durante el verano. Así, por ejemplo, en una empresa dedicada al procesamiento de láminas, se equiparon con un sistema adiabático Condair Dual seis instalaciones situadas en la cubierta del techo, con un caudal de aire de m3/h. En invierno, la humedad del ambiente en producción se mantuvo a aproximadamente un 60% de humedad relativa, y en ve-rano, con ayuda del enfriamiento adiabático, la temperatura ambiente se mantuvo entre 24 y 26 C. Esto significa que la tecnología de humidificación se mantiene en funcionamiento durante todo el año y, en consecuencia, dado el elevado número de horas de funcionamiento, se controla la higiene de la instalación cada seis meses. Otro ejemplo de aplicación industrial es el enfriamiento de la alimentación de aire de una turbina de gas. En este caso, el sistema tecnológico se coloca en un alojamiento galvanizado en el exterior y forrado de acero inoxidable en el interior. En la entrada se instaló una pantalla para evitar la entrada de aves y un filtro del tipo F7. Toda la unidad estaba conectada a una turbina de gas. En verano, con la tecnología Dual se enfría la alimentación de aire de la turbina, con lo que la eficiencia de la propia turbina aumenta considerablemente. Puesto que la energía eléctrica generada se distribuye parcialmente a través de la red de servicio público, la inversión se amortiza muy rápidamente con los ingresos obtenidos. La tecnología híbrida de humidificación aquí descrita se ha aplicado con éxito durante casi diez años en muchos sistemas de aire acondicionado y de ventilación. Puede utilizarse en diversas aplicaciones, es fácil de montar y tiene una estructura y un modo de funcionamiento muy sencillos, y de fácil manejo por todas las personas. Además, los gastos de mantenimiento son bajos y ofrece un elevado grado de higiene y de fiabilidad. Datos técnicos del Condair Dual Caudal de aire húmedo 2,000 l/h (en funcionamiento) Velocidad del aire en el dispositivo/conductos Entre 0,5 y 4,0 m/s Eficiencia de humidificación HR máx. del 91% Control de precisión +/- 4 % (HR) Presión de funcionamiento en la boquilla molecular Entre 4,0 y 10,0 bar Presión del agua de alimentación Mínimo 2,0 bar, Máximo 10,0 bar. Longitud total de la unidad mm Calidad del agua de alimentación Agua totalmente desalinizada, entre 0,5 y 15 µs Ratio aire-agua < 0.01 Caída de presión aprox. 70 Pa a V = 2,0 m/s Calidad del filtro previo al humidificador F6 o, mejor, F7 Pérdidas de agua Certificados <10 %, en función de la eficiencia de la humidificación Cerificado de higiene del Instituto Fresenius. Análisis del diseño por el Institute for Air Hygiene, Berlín

10 10 Adiabate Humidificación adiabática del aire Explicación de la humidificación adiabática del aire sobre el diagrama h, x En los sistemas adiabáticos, la energía de transición (= energía térmica) disponible desempeña un papel importante en el cambio de estado. Esta es la razón por la que, para obtenerse un determinado caudal de aire húmedo, debe calentarse el aire antes de alimentar el humidificador adiabático de aire. Este calentamiento se obtiene mediante un intercambiador de calor instalado antes del sistema de humidificación, que aprovecha los sistemas de calefacción a gas o gasóleo existentes (por ejemplo, vapor de agua, o bombeo de agua caliente). El proceso de evaporación se produce a continuación únicamente absorbiendo energía térmica del flujo de aire circulante (tal como muestra la línea «h» del diagrama). En los diagramas h,x [Ilustración 10 y 11] se puede observar el enfriamiento del aire circulante con absorción simultánea de vapor de agua (absorción de humedad). En la figura 10 se muestra el comportamiento térmico de un sistema de aire acondicionado y de ventilación que funciona exclusivamente con alimentación de aire de exterior. Este aire exterior (1) es precalentado mediante un sistema de recuperación de calor (2); luego, se caliente mediante el llamado pre-calentador (3) hasta la temperatura de funcionamiento y, a continuación, puede absorber la humedad, liberando la energía de evaporación en la zona final del sistema de humidificación p Densidad (kg/m3) Precalentamiento Recalentamiento Recuperación de calor Temperatura del aire ( C) [Figura 10] Temperatura de bulbo húmedo ( C) Entalpía específica (1+x) Ilustración de un sistema adiabático para funcionamiento con aire exterior exclusivamente kj kg

11 Calentamiento por mezcla de aire Recalentamiento Recuperación de calor 11 de aire (4). Mediante la aplicación de cargas térmicas internas incluso, si es necesario, utilizando un postcalentador se calienta el aire humidificado a la temperatura ambiente deseada. Mediante un sistema de control de la entalpía con un diseño adecuado, se puede regular mejor la temperatura y la humedad de esta solución tecnológica. Para alcanzar las condiciones de funcionamiento de forma directamente adiabática, la energía de transición debe aportarse exclusivamente en el precalentador (3.1 = sección sombreada). Actualmente, por razones de ahorro energético así como para mejorar el funcionamiento del sistema, se utilizan los llamados sistema de recirculación de aire (Ilustración 11), en los que, con un sistema de recuperación de calor (2), se calienta previamente el aire de alimentación que, a continuación y mediante unas válvulas de aire controladas adecuadamente (3), se mezcla con el aire procedente del sistema de ventilación. El aire así mezclado se calienta con el precalentador (4) hasta la temperatura de funcionamiento requerida y se humidifica (5). La temperatura de funcionamiento requerida se alcanza mediante el post-calentamiento o con cargas térmicas internas instaladas previamente (6). Si el sistema de control está diseñado correctamente, pueden conseguirse temperatura y humedad muy estables. p Densidad (kg/m3) Precalentamiento Temperatura del aire ( C) [Figura 11] 2 1 Ilustración de un sistema adiabático con aire de meczia Feuchtkugel-Temperatur ( C) kj kg h spez. Enthalpie (1+x)

12 Axair AG / Axair GmbH, R. Steiner, Prok. Bibliografía E. Henne: Luftbefeuchtung, 4. Auflage, Oldenbourg-Verlag, München Chr. Bremer: Feuchteregelung, Arbeitsblätter der Axair GmbH, Garching R. Steiner: Recknagel-Sprenger-Schramek Heizung- u. Klimatechnik Asesoramiento, Ventas y Servicios Para un mejor clima HANSEATA S.A. Almirante, MADRID Telf.: Fax: info@hanseata.es