Condair: Humidificación adiabática del aireHigiénica y eficiente

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Para un mejor clima

Humidificación adiabática del aireHigiénica y eficiente

Explicación de la distribución de la actividad micro-

biana y de las reacciones químicas en función de la

humedad del aire

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«En el universo, la materia no se creani se destruye, sólo se transforma»

Este principio de la física se aplica igualmente a la hu-midificación 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 tran-sición », que se libera en la llamada «energía latente» durante la deshumidificación del aire. La humidificación del aire utiliza tres métodos básicos: evaporación, pul-verización y vaporización. El siguiente artículo trata de la combinación de las técnicas de pulverización y de evaporación, con ayuda del ejemplo concreto del Con-dair Dual, un humidificador de aire adiabático del fabri-cante suizo Axair.

Producción de ozono

Reacciones químicas

Alergia y asma

Infecciones del aparato respiratorio

Ácaros

Hongos

Virus

Bacterias

10 20 30 40 50 60 70 80 90

Medidas óptimas

(%) Humedad relativa del aire

Humidificación adiabática del aire

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 ambien-te que nos rodea no es suficiente para crear un clima estable, una cir-cunstancia indispensable para ase-gurar unas condiciones adecuadas para trabajar y para los propios pro-cesos 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

En el caso de las verduras, como en el de otros mu-

chos productos, la humedad del aire tiene un efecto

directo sobre el peso y, por tanto, sobre su precio

de venta.

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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 refrigera-dos se utiliza la humidificación del aire para disminuir la pérdida de vo-lumen o de peso de frutas y verdu-ras, y en el almacenamiento de ar-tículos higroscópicos se utiliza para evitar pérdidas de materia por libe-ración de vapor de agua al aire. Sin embargo, los medios de comunica-ción informan frecuentemente, de manera poco racional y no del todo objetiva, de la supuesta difusión de patógenos, polvo, alergógenos, gér-menes, esporas, hongos, etc. a tra-vés de los sistemas de humidifica-

ción de aire y de «los sistema de aire acondicionado». El resultado es una sensación de inseguridad en los usuarios y manipuladores de siste-mas de aire acondicionado y de ven-tilación que, a menudo, les lleva a rechazarlos. Por esta razón, el sec-tor del aire acondicionado necesi-ta responder continuamente a las afirmaciones inadecuadas y falsas con argumentos concretos, espe-cialmente porque los sistemas de aire acondicionado y de ventilación son indispensables con los actuales métodos de construcción de plan-tas abiertas para ocupación dedica-das a oficinas.

Un tópico controvertido

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A fin de contrarrestar los riesgos higiénicos, mencionados con tan-ta frecuencia, es importante, es-pecialmente, la inspección perió-dica y el mantenimiento completo de los sistemas de aire acondicio-nado. Si conviene y es posible ha-cerlo debería incluirse la limpieza de los conductos del aire acondiciona-do. Muchas veces, también es ne-cesario desinfectar todos los módu-los del sistema. En concreto, los sis-temas más antiguos, equipados con los llamados «lavadores de aire», son los que requieren mayores gas-tos de mantenimiento. Además, la adición de biocidas para eliminar los gérmenes en el agua del humidifi-cador implica un coste elevado, por no citar las precauciones que deben tomarse en cualquier caso. La radia-ción con rayos UV del agua utilizada en la humidificación, un método uti-lizado con frecuencia, también tie-ne sus desventajas, ya que sólo es efectiva en las zonas sobre las que actúa directamente. Los bordes, las

esquinas y las partículas en suspen-sión en el agua crean sombras que limitan considerablemente el efec-to de la radiación UV. Por otra parte, esta radiación sólo desactiva los gér- menes presentes, pero no puede evitar el crecimiento de otros gér-menes en lugares que no han sido alcanzados por la radiación. Tras apli- car la radiación se forma una lla-mada película biológica que actúa como cubierta de protección, pero sirve al mismo tiempo como lecho de cultivo para el posterior creci- miento de nuevos gérmenes; pues-to que el sistema inmunológico hu-mano no puede distinguir entre gér-menes vivos o muertos, no puede excluirse totalmente que se produz-can reacciones alérgicas relaciona-das 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 trata-miento de los microorganismos de dicha agua con productos químicos

o con radiaciones UV. Este sistema da resultados aceptables en combi-nación con agua totalmente desali-nizada. La tecnología de tratamiento de agua más utilizada en la práctica actualmente, combina el intercam-bio iónico, que elimina los compo-nentes que confieren su dureza al agua potable, con la osmosis inver-sa para «filtrar» los residuos minera-les, la materia en suspensión y una parte muy importante de los micro-organismos contenidos en el agua. Otros factores que garantizan la hi-giene y la seguridad son las estric-tas normas actuales en el campo de la tecnología del aire acondicionado y de la ventilación, relativas al fun-cionamiento, mantenimiento y re-paración de las instalaciones exis-tentes, tal como se indica en la nor-ma DIN 1946 (como borrador) y en la nueva norma VDI 6022-1 (actual-mente en la etapa de libro verde) así como en la VDI 3808.

Humidificación adiabática del aire

La reproducción es ilimitada sin los iones de plata Los iones de plata promueven la restricción a gran escala

Tiempo

««

Rec

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o de

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s

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Tal como se ha mencionado al prin-cipio, 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 atomizado-

res mecánicos, boquillas de uno o dos fluidos, las conocidas como boquillas de impacto, y los atomi-zadores por ultrasonido

• Vaporización mediante generación eléctrica au-

tónoma de vapor de agua o humi-dificadores de vapor de agua a pre-sión, en combinación con un siste-ma de vapor ya existente, como, por ejemplo, en la industria o en los hospitales, formando una uni-dad funcional con la válvula de control, el sistema de distribución y la eliminación del condensado

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Aparte de la técnica de evaporación, los «lavadores de aire» constituyen el método más antiguo de humidi-ficación, ya que, como indica su nombre, la principal función de es-tos dispositivos eran eliminar el pol-vo, las fibras y los gases del aire de alimentación. En las primeras eta-pas de la industrialización, las fábri-cas de hilados y de tejidos prepara-ron el camino para esta tecnología. Desde hace pocos años, se ha re-descubierto la tecnología adiabáti-ca – una combinación de pulveriza-ción y evaporación – y hemos asis- tido a su rápido desarrollo gracias al aumento del coste de la energía, una situación que ha propiciado la continua aparición de nuevas tec-nologías en el mercado. La tecno-logía adiabática, por ejemplo, utiliza varias combinaciones de boquillas de pulverización que trabajan a pre-

siones 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 eficien-cia 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 ri-gen el comportamiento de minú-sculas gotas de agua y de los aero-soles, 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 adecua- das, pueden pasar a través de la abertura más pequeña, incluso las de los elementos de separación.

Tecnologías

El Condair Dual del fabricante suizo Axair se basa en el principio de hu-midificación adiabática; no obstan-te, utiliza una técnica combinada de pulverización y evaporación que evi-ta los inconvenientes antes seña-lados. 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 emple-ados en su desarrollo se han utiliza-do como puntos de partida las con-diciones siguientes:

[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

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En la última etapa del proceso de desarrollo se trabajó durante un año con la colaboración científica del Hy-gieneinstitut Fresenius. Se ensaya-ron los aspectos higiénicos, tanto en el laboratorio como en funciona-miento continuo en instalaciones, de diversos sistemas de aire acon-dicionado y de ventilación. A la vista de los excelentes resultados de los ensayos se obtuvo el «Fresenius Hygiene Certificate» para humidifi-cación de aire – una novedad en este tipo de tecnología de humidificación – válido no sólo para las instalacio- nes en las que se efectuaron los ensayos, sino para el sistema Dual en general, con independencia de su lugar de instalación. Por esta ra-zón, los diferentes sistemas se so-meten 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.

• Estructura modular y posibilidad de actualizar el diseño de los sis-temas existentes de aire acon-dicionado y de ventilación y de sustituirlo aplicando las nuevas tecnologías disponibles

• Distancias cortas de montaje

• Cumplimiento de todas las nor-mas de higiene aplicables en la actualidad

• Menos consumo de energía y agua, menores gastos de manteni- miento y, por consiguiente, meno-res costes de funcionamiento

Técnica de humidificación híbrida

Humidificación adiabática del aire

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 aña-den 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 instala-ción. Si la instalación se para duran-te más de 12 horas, una bomba de agua garantiza el vaciado comple-to de todos los componentes de la instalación del humidificador que transportan agua. [Foto 9]

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Además de por la ionización de pla-ta, el Condair Dual se caracteriza por su especial diseño. En la sección de humidificación se encuentran dis-puestas, como las tejas de un teja-do, unas placas cerámicas muy po-rosas 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 trans-versal libre. No es preciso utilizar en este caso el rectificador y los colec-tores necesarios en el caso de los lavadores de aire y de otros méto-dos parecidos de humidificación. Con la ayuda de una boquilla mo-lecular, a la que se ha incorporado una pieza cerámica desarrollada es-pecíficamente con este propósito,

se genera a una presión compren-dida entre 4 y 8 bares una nube de diminutas gotas finamente pulveri-zadas que pueden flotar en el aire [Foto 7]; estas gotas se evaporan parcialmente en su recorrido hacia las placas cerámicas antes de depo-sitarse sobre las propias placas en forma de una fina película de agua. Tomando la energía de evaporación (= energía de transición) del aire cir-culante, puede efectuarse de forma muy eficiente el cambio de estado de agua a vapor de agua. Con ayuda de un ordenador, las boquillas mo-leculares se distribuyen uniforme-mente sobre la sección transversal del alojamiento, de manera que en todo momento, incluso en condicio-nes de funcionamiento a media car-ga, se garantiza el cubrimiento uni-forme de las placas cerámicas en toda la sección transversal de la ins- talación. [Foto 8]

[Foto 9][Foto 6] [Foto 7]

Sofisticados conceptos de higiene y de diseño

[Foto 8]

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 posibi-lidad 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 com-binación de una nube homogénea de gotas de agua lo más pequeñas posible y de su posterior evapora-ción a través de unas placas cerá-micas garantiza una humidificación muy eficiente y, por tanto, la me-jor utilización posible del humidifi-cador, con la mínima proporción po-sible de goteo de agua. Respecto a la eficiencia del proceso de humidi-ficación, las pérdidas de agua son de aproximadamente entre el 10 y el 15% de la producción máxima de aire húmedo.

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Para mantener la higiene y la se-guridad en la sección de humidifi-cación se utiliza únicamente agua totalmente desalinizada (filtrada); las secciones de humidificación están forradas de acuerdo con esta con-dición de funcionamiento. Se reco- mienda un sistema de procesami-ento 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 co-ntexto 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 desa-linizada (filtrada) que se encuentra disponible en cantidad suficiente en la industria, siempre que se ga-

rantice una higiene perfecta. De-sde el punto de vista de protección frente a la contaminación, el aire de alimentación debe filtrarse con un filtro de calidad F7 instalado an-tes de la cámara del humidificador (de acuerdo con los últimos avan-ces tecnológicos).Si hay una elevada contaminación producida por partículas de pol-vo muy finas que no pueden elimi- narse mediante filtros del tipo F7 (como, por ejemplo, en zonas industriales o en zonas urbaniza-das de similares características), deben tomarse medidas especiales. En cualquier caso, si se han utiliza-do detergentes, hay que prestar es-pecial atención en comprobar que, tras un aclarado abundante, no han quedado restos del detergente.

Agua totalmente desalinizada y aire filtrado

Humidificación adiabática del aire

Debido al diseño modular de la tec-nología Dual, este sistema es ade-cuado no sólo para nuevas instala-ciones sino también para mejorar, sin incurrir en gastos importantes, el diseño de sistemas de aire acon-dicionado y de ventilación ya exis-tentes. Con este fin, deben limpia- rse los alojamientos anteriores de plástico reforzado con fibra de vi-drio, y deben taparse con parches de fibra de vidrio y resinas epoxi cu-alquier poro que se haya podido for-mar. 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 enfria- miento adiabático puede utiliza-rse asimismo para enfriar durante el verano. Así, por ejemplo, en una empresa dedicada al procesamiento de láminas, se equiparon con un si-stema adiabático Condair Dual seis instalaciones situadas en la cubier-ta del techo, con un caudal de aire de 60.000 m3/h. En invierno, la hu-medad del ambiente en producción se mantuvo a aproximadamente un 60% de humedad relativa, y en ve-rano, con ayuda del enfriamiento

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adiabático, la temperatura ambiente se mantuvo entre 24 y 26° C. Esto significa que la tecnología de humi-dificación se mantiene en funciona- miento durante todo el año y, en consecuencia, dado el elevado nú-mero de horas de funcionamiento, se controla la higiene de la instala-ción cada seis meses.Otro ejemplo de aplicación industri-al es el enfriamiento de la alimenta-ción de aire de una turbina de gas. En este caso, el sistema tecnológi-co se coloca en un alojamiento gal-vanizado 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 conside-rablemente. Puesto que la energía eléctrica generada se distribuye par-cialmente a través de la red de ser-vicio público, la inversión se amor-tiza muy rápidamente con los ingre-sos obtenidos.

La tecnología híbrida de humidifi-cación aquí descrita se ha aplicado con éxito durante casi diez años en muchos sistemas de aire acondici-onado y de ventilación. Puede uti-lizarse en diversas aplicaciones, es fácil de montar y tiene una estruc-tura y un modo de funcionamien-to muy sencillos, y de fácil mane-jo por todas las personas. Además, los gastos de mantenimiento son bajos y ofrece un elevado grado de higiene y de fiabilidad.

Aplicaciones versátiles Eficiente y fiable

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 1.200 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 <10 %, en función de la eficiencia de la humidificación

Certificados Cerificado de higiene del Instituto Fresenius. Análisis del diseño por el Institute for Air Hygiene, Berlín

Datos técnicos del Condair Dual

Ilustración de un sistema adiabático para funcionamiento con aire exterior exclusivamente

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En los sistemas adiabáticos, la ener-gía de transición (= energía térmi-ca) disponible desempeña un papel importante en el cambio de esta-do. Esta es la razón por la que, para obtenerse un determinado caudal de aire húmedo, debe calentarse el aire antes de alimentar el humidifi-cador adiabático de aire. Este calen-tamiento se obtiene mediante un intercambiador de calor instalado antes del sistema de humidifica-ción, que aprovecha los sistemas de calefacción a gas o gasóleo exis-tentes (por ejemplo, vapor de agua, o bombeo de agua caliente). El pro-ceso de evaporación se produce a continuación únicamente abso-rbiendo 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 enfria- miento del aire circulante con absor-ción simultánea de vapor de agua (absorción de humedad). En la fi-gura 10 se muestra el comportami-ento térmico de un sistema de aire acondicionado y de ventilación que funciona exclusivamente con ali-mentación de aire de exterior. Este aire exterior (1) es precalentado me-diante un sistema de recuperación de calor (2); luego, se caliente me-diante el llamado pre-calentador (3) hasta la temperatura de funciona- miento y, a continuación, puede absorber la humedad, liberando la energía de evaporación en la zona final del sistema de humidificación

Explicación de la humidificación adiabática del aire sobre el diagrama h, x

Adiabate Humidificación adiabática del aire

[Figura 10]

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Temperatura de bulbo húmedo (° C)

Entalpía específica(1+x)

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1

4

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2

3

3.1

Ilustración de un sistema adiabático para funcionamiento con aire exterior exclusivamente Ilustración de un sistema adiabático con aire de meczia

11

de aire (4). Mediante la aplicación de cargas térmicas internas – incluso, si es necesario, utilizando un post-calentador – se calienta el aire hu-midificado a la temperatura ambi-ente deseada. Mediante un siste-ma 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 funci-onamiento de forma directamente adiabática, la energía de transición debe aportarse exclusivamente en el precalentador (3.1 = sección sombreada).

Actualmente, por razones de aho-rro energético así como para mejo-rar el funcionamiento del sistema, se utilizan los llamados sistema de recirculación de aire (Ilustración 11), en los que, con un sistema de recu-peración de calor (2), se calienta pre- viamente 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 funciona- miento requerida y se humidifica (5). La temperatura de funcionamien- to requerida se alcanza mediante el post-calentamiento o con cargas térmicas internas instaladas pre- viamente (6). Si el sistema de con-trol está diseñado correctamente, pueden conseguirse temperatura y humedad muy estables.

[Figura 11]

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Bibliografía

E. Henne: Luftbefeuchtung, 4. Auflage, Oldenbourg-Verlag, MünchenChr. Bremer: Feuchteregelung, Arbeitsblätter der Axair GmbH, GarchingR. Steiner: Recknagel-Sprenger-Schramek Heizung- u. Klimatechnik