Un deshumidificador es un dispositivo de aire acondicionado que reduce y mantiene el nivel de humedad en el aire. [1] Esto se hace generalmente por razones de salud o de confort térmico , o para eliminar el olor a humedad y prevenir el crecimiento de moho extrayendo agua del aire. Se puede utilizar para aplicaciones domésticas, comerciales o industriales. Los deshumidificadores de gran tamaño se utilizan en edificios comerciales como pistas de hielo cubiertas [2] y piscinas , así como en plantas de fabricación o almacenes. Los sistemas de aire acondicionado típicos combinan la deshumidificación con el enfriamiento, operando serpentines de enfriamiento por debajo del punto de rocío y drenando el agua que se condensa.
Los deshumidificadores extraen agua del aire que pasa a través de la unidad. Hay dos tipos comunes de deshumidificadores: los deshumidificadores de condensación y los deshumidificadores desecantes, y también hay otros diseños emergentes.
Los deshumidificadores de condensado utilizan un ciclo de refrigeración para recolectar agua conocida como condensado , que normalmente se considera aguas grises pero que en ocasiones puede reutilizarse con fines industriales. Algunos fabricantes ofrecen filtros de ósmosis inversa para convertir el condensado en agua potable.
Los deshumidificadores desecantes (conocidos también como deshumidificadores por absorción) unen la humedad con materiales hidrófilos como el gel de sílice . Las unidades domésticas económicas contienen cartuchos, gel o polvo de sustancias hidrófilas de un solo uso. Las unidades comerciales más grandes regeneran el sorbente utilizando aire caliente para eliminar la humedad y expulsar el aire húmedo fuera de la habitación.
Una clase emergente de deshumidificadores de membrana, como el deshumidificador de membrana iónico, elimina el agua en forma de vapor en lugar de líquida. Estas tecnologías más nuevas pueden tener como objetivo abordar sistemas de menor tamaño o alcanzar un rendimiento superior.
La eficiencia energética de los deshumidificadores puede variar ampliamente.
El primer deshumidificador fue creado por el inventor estadounidense Willis Carrier en 1902 para deshumidificar una imprenta de Brooklyn . [3] Carrier citó el descubrimiento como motivación posterior para nuevos descubrimientos en el aire acondicionado. [1] Estos deshumidificadores “activos” condensaban agua del aire. Sin embargo, el control “pasivo” de la humedad, como una mayor ventilación natural, se ha utilizado desde la antigüedad. [4]
Estos métodos se basan en hacer pasar aire a través de una superficie fría. Dado que la presión de vapor de saturación del agua disminuye al disminuir la temperatura, el agua del aire se condensa en la superficie, separándola del aire.
Los deshumidificadores de refrigeración eléctricos son el tipo más común de deshumidificadores. Funcionan aspirando aire húmedo sobre un evaporador refrigerado con un ventilador. Hay 3 tipos principales de evaporadores. Son tecnología de tubo enrollado, aleta y tubo y microcanal .
El serpentín del evaporador frío del dispositivo de refrigeración condensa el agua, que se elimina, y luego el serpentín del condensador recalienta el aire . El aire ahora deshumidificado y recalentado se libera en la habitación. Este proceso funciona más eficazmente a temperaturas ambiente más altas con un punto de rocío alto . En climas fríos, el proceso es menos efectivo. La mayor eficiencia se alcanza por encima de 20 °C (68 °F) y 45 % de humedad relativa. Este valor de humedad relativa es mayor si la temperatura del aire es menor. [5]
Este tipo de deshumidificador se diferencia de un aire acondicionado estándar en que tanto el evaporador como el condensador están colocados en la misma ruta de aire. Un acondicionador de aire estándar transfiere energía térmica fuera de la habitación porque su serpentín condensador libera calor al exterior. Sin embargo, dado que todos los componentes del deshumidificador se encuentran en la misma habitación, no se elimina energía térmica. En cambio, la energía eléctrica consumida por el deshumidificador permanece en la habitación en forma de calor, por lo que la habitación en realidad se calienta , como si lo hiciera un calentador eléctrico que consume la misma cantidad de energía.
Además, si se condensa agua en la habitación, la cantidad de calor previamente necesaria para evaporar esa agua también se vuelve a liberar en la habitación (el calor latente de vaporización ). El proceso de deshumidificación es el inverso de agregar agua a la habitación con un enfriador evaporativo y, en cambio, libera calor. Por lo tanto, un deshumidificador de habitación siempre calentará la habitación y reducirá la humedad relativa de forma indirecta, además de reducir la humedad de forma más directa, condensando y eliminando el agua.
Se introduce aire cálido y húmedo en la unidad en A en el diagrama anterior. Este aire pasa a un intercambiador de calor de placas de flujo cruzado (B), donde una proporción sustancial del calor sensible se transfiere a una corriente de suministro de aire frío. Este proceso acerca el aire extraído a la saturación. Luego, el aire pasa a la cámara plenum del extractor (C), donde una parte del mismo puede ser expulsado al exterior. La cantidad que se rechaza puede variar y está determinada por la legislación sobre requisitos de aire fresco o por el requisito de mantener un ambiente fresco y libre de olores. El resto del aire pasa luego al serpentín del evaporador de la bomba de calor, donde se enfría y se condensa la humedad. Este proceso produce cantidades sustanciales de energía latente al circuito de refrigeración. Luego se introduce aire fresco para reemplazar la cantidad extraída y la mezcla se descarga mediante el ventilador de suministro (G) al intercambiador de placas de flujo cruzado (B), donde se calienta con el aire extraído de la piscina. Este aire precalentado luego pasa a través del condensador de la bomba de calor (F), donde se calienta gracias a la energía latente eliminada durante el proceso de condensación, así como a la entrada de energía al compresor. A continuación, el aire caliente y seco se descarga en la habitación. [ cita necesaria ]
Un acondicionador de aire convencional es muy similar a un deshumidificador eléctrico y actúa inherentemente como deshumidificador al enfriar el aire. Sin embargo, en un acondicionador de aire, el aire pasa a través de los serpentines fríos del evaporador y luego directamente a la habitación. No se recalienta pasando sobre el condensador, como en un deshumidificador frigorífico. En cambio, el compresor bombea el refrigerante a un condensador que se encuentra fuera de la habitación a acondicionar, y luego el calor se libera al aire exterior. Los acondicionadores de aire convencionales utilizan energía adicional para expulsar el aire del exterior, y el aire nuevo puede tener más humedad de la que la habitación necesita, como en una sala de piscina que ya contiene una gran cantidad de humedad en el aire. [ cita necesaria ]
El agua que se condensa en el evaporador de un acondicionador de aire generalmente se dirige para eliminar el agua extraída del espacio acondicionado. Las unidades de ventana más nuevas de alta eficiencia utilizan el agua condensada para ayudar a enfriar el serpentín del condensador evaporando el agua en el aire exterior, mientras que las unidades más antiguas simplemente permitían que el agua goteara afuera.
Cuando el agua se enfría por debajo del punto de rocío atmosférico , el agua atmosférica se condensará sobre ella más rápido de lo que el agua se evapora. Los deshumidificadores en aerosol mezclan aerosoles de agua fría y aire para capturar la humedad atmosférica. También capturan contaminantes y contaminantes como el polen, por lo que a veces se les llama "lavadores de aire".
Debido a que las unidades de aire acondicionado de ventana tienen condensadores y unidades de expansión, algunas de ellas pueden usarse como deshumidificadores improvisados enviando el calor de escape a la misma habitación que el aire enfriado, en lugar del ambiente exterior. Si el condensado de los serpentines de enfriamiento se drena fuera de la habitación a medida que gotea de los serpentines de enfriamiento, el resultado será un aire de la habitación más seco pero ligeramente más cálido.
Sin embargo, muchos acondicionadores de aire de ventana están diseñados para eliminar el agua condensada reevaporándola en la corriente de aire de escape, lo que anula la disminución de la humedad del aire causada por la condensación de humedad en los serpentines de enfriamiento. Para que sea eficaz como deshumidificador, un acondicionador de aire debe diseñarse o modificarse de modo que la mayor parte o la totalidad del agua que se condensa se drene en forma líquida, en lugar de volver a evaporarse. Incluso si se drena el condensado, un acondicionador de aire modificado sigue siendo menos eficiente que un aparato de uso único con un diseño optimizado para la deshumidificación. Los deshumidificadores están diseñados para pasar aire directamente sobre los serpentines de enfriamiento y luego sobre los serpentines de calentamiento en un solo paso eficiente a través del dispositivo.
Además, la mayoría de los acondicionadores de aire están controlados por un termostato que detecta la temperatura, en lugar de un higrostato que detecta la humedad y que normalmente se utiliza para controlar un deshumidificador. Un termostato no está diseñado para controlar la humedad y, en todo caso, la controla mal.
Bajo ciertas condiciones de temperatura y humedad, se puede formar hielo en los serpentines del evaporador de un deshumidificador de refrigeración . La acumulación de hielo puede impedir el flujo de aire y eventualmente formar un bloque sólido que recubre las bobinas. [6] Esta acumulación impide que el deshumidificador funcione eficazmente y puede causar daños por agua si el agua condensada gotea del hielo acumulado y no en la bandeja recolectora. En casos extremos, el hielo puede deformar o distorsionar elementos mecánicos, provocando daños permanentes.
Los deshumidificadores de mejor calidad pueden tener un sensor de escarcha o hielo. Esto apagará la máquina y permitirá que las bobinas cubiertas de hielo se calienten y se descongelen. Una vez descongelada, la máquina normalmente se reiniciará automáticamente. La mayoría de los sensores de hielo son simples interruptores térmicos y no detectan directamente la presencia o ausencia de acumulación de hielo. Un diseño alternativo detecta el flujo de aire impedido y apaga los serpentines de enfriamiento de manera similar.
Ciertos fallos de funcionamiento de los deshumidificadores, como la pérdida parcial de refrigerante, pueden provocar la formación de hielo repetida en los serpentines. Esta condición requiere reparación o reemplazo del equipo.
Los deshumidificadores termoeléctricos utilizan una bomba de calor Peltier para enfriar una superficie y condensar el vapor de agua del aire. El diseño es más simple y tiene la ventaja de ser más silencioso en comparación con un deshumidificador con compresor mecánico. Sin embargo, debido a su coeficiente de rendimiento relativamente bajo , este diseño se utiliza principalmente para deshumidificadores pequeños. La acumulación de hielo puede ser un problema, similar a los problemas con los deshumidificadores de refrigeración.
Fuente [5]
Este proceso utiliza un material especial que absorbe la humedad llamado desecante , que se expone al aire a acondicionar. Luego, el material saturado de humedad se traslada a una ubicación diferente, donde se "recarga" para eliminar la humedad, generalmente calentándolo. [7] El desecante puede montarse en una correa u otro medio de transporte durante un ciclo de funcionamiento.
Los deshumidificadores que funcionan según el principio de absorción son especialmente adecuados para niveles elevados de humedad a bajas temperaturas. Se suelen utilizar en diversos sectores de la industria para poder alcanzar niveles de humedad inferiores al 35%.
Debido a la falta de piezas del compresor, los deshumidificadores desecantes suelen ser más ligeros y silenciosos que los deshumidificadores con compresor. Los deshumidificadores desecantes también pueden funcionar a temperaturas más bajas que los deshumidificadores de compresor, ya que la unidad no depende de serpentines enfriados, cuya eficiencia de condensación de humedad disminuye a temperaturas más bajas.
La razón de la aceptación limitada de la deshumidificación por desecante puede atribuirse a los costos iniciales de instalación, el hecho de que no se comprenden completamente los beneficios operativos, la falta de conocimiento tecnológico y las prioridades de las empresas, que no se centran en los beneficios de la nueva tecnología. [8]
Varios enfoques pueden eliminar el vapor de agua haciendo fluir aire a través de una membrana que permite la entrada del vapor. [9] La deshumidificación con membranas puede permitir la eliminación del vapor de agua sin condensación; esto evita la energía requerida con la entalpía de vaporización, ofreciendo alta eficiencia para sistemas bien diseñados. Esta deshumidificación se puede realizar de forma pasiva con una corriente de aire rechazada; ver Ventilación con recuperación de energía . Los sistemas activos pueden utilizar gradientes de presión o enfoques electrocatalíticos.
Las membranas selectivas utilizan materiales que bloquean otros gases ambientales además del vapor de agua. Luego, el vapor de agua se difundirá a través de estas membranas bajo una diferencia de concentración. Esta diferencia de concentración (presión parcial) puede deberse al bombeo de vacío o simplemente al pasar por una corriente de aire con una menor concentración de agua. Las configuraciones más eficientes ahorran energía mediante el uso de dos membranas que aíslan una bomba de vacío del aire ambiente. [10] Esto reduce drásticamente la presión a través de la bomba de vacío, ahorrando energía. Si bien estos sistemas a menudo se denominan "deshumidificación por membrana isotérmica", investigaciones recientes han demostrado que estos sistemas pueden volverse más eficientes combinándolos con el intercambio de calor. [11] Dicha integración puede mejorar el rendimiento al mejorar el COP del ciclo de compresión de vapor (al operar entre temperaturas más cercanas), [12] y mejorar la mezcla de aire cerca de la membrana. [13]
Las membranas selectivas se pueden fabricar inmovilizando un líquido que pueda absorber agua (u otro soluto) dentro de unas membranas, denominadas "membranas líquidas soportadas". [14] Normalmente, hay dos tipos de capas; una membrana altamente porosa que contiene el líquido absorbente y una capa atrapadora que evita que el líquido se escape. Esta capa absorbente de líquidos les permite comportarse como membranas selectivas, sin tener materiales selectivos sólidos ni poros muy pequeños. Los líquidos dentro de los cuales se absorbe bien el agua ( higroscópicos ) pueden incluir mezclas de glicol o líquidos iónicos.
Se puede utilizar una membrana iónica para mover la humedad dentro o fuera de un recinto sellado, utilizando reacciones químicas en lugar de condensación o materiales selectivos. Estos sistemas utilizan electrodos y membranas conductoras de protones para eliminar el vapor de agua mediante electrólisis . En el ánodo, el H 2 O se divide en protones, O 2 y electrones, donde los protones viajan a través de un material y reaccionan con el oxígeno ambiental del otro lado para crear agua nuevamente. [15]
Quizás los primeros materiales para dicha deshumidificación basada en electrólisis fueron las membranas de electrolitos de polímero sólido (SPE). Este enfoque proporciona un deshumidificador de estado estable y de baja potencia para áreas cerradas donde el mantenimiento a largo plazo es difícil. Este proceso electrolítico ofrece capacidades de deshumidificación que van desde 0,2 gramos/día desde un espacio de 0,2 m³ (7 pies cúbicos) hasta 58 gramos/día desde un espacio de 8 m³ (280 pies cúbicos). Los sistemas SPE generalmente no tienen altas capacidades de deshidratación, pero debido a que el vapor de agua se elimina mediante electrólisis, el proceso no requiere mantenimiento. El proceso también utiliza muy poca energía eléctrica para funcionar y no requiere piezas móviles, lo que hace que el funcionamiento de las membranas iónicas sea silencioso y muy confiable durante largos períodos de tiempo. Los deshumidificadores SPE se utilizan normalmente para proteger componentes eléctricos sensibles, equipos médicos, muestras de museos o aparatos científicos de ambientes húmedos.
El SPE consta de un electrolito de polímero sólido conductor de protones y electrodos porosos con una capa catalítica compuesta de partículas de metales nobles. [16] Cuando se aplica voltaje al electrodo poroso unido a la membrana, la humedad en el lado del ánodo (lado deshumidificador) se disocia en iones de hidrógeno (H+) y oxígeno. Los iones de hidrógeno migran a través de la membrana para descargarse en el lado del cátodo (descarga de humedad), donde reaccionan con el oxígeno del aire, lo que da como resultado la descarga de moléculas de agua (vapor). [17] El oxígeno se libera desde el lado deshumidificador, y si se ha introducido una gran cantidad de agua en un recinto hermético, entonces el oxígeno puede acumularse dentro del recinto.
No todos los deshumidificadores recogen el condensado; por ejemplo, muchos tipos de desecantes descargan un flujo de aire desde el desecante calentado que contiene aire saturado de agua. Este puede volverse a condensar y recogerse como condensado o expulsarse al exterior. Además, algunos tipos de aire acondicionado rocían el condensado acumulado en los serpentines del condensador exterior para enfriarlo por evaporación, lo que mejora la eficiencia general.
Los productos que utilizan tecnología de condensación han utilizado tradicionalmente una superficie fría donde se condensa la humedad del aire caliente. Hoy en día, la tecnología de condensación caliente, basada en el concepto de vapor sobresaturado dentro de un ambiente cerrado, [ es necesario aclarar ] permite deshumidificar el aire a temperaturas bajo cero. Se trata de una tecnología muy eficiente energéticamente e igualmente eficiente en todas las temperaturas.
La mayoría de los deshumidificadores portátiles están equipados con un receptáculo de recolección de condensado, generalmente con un sensor flotante que detecta cuando el recipiente de recolección está lleno, para apagar el deshumidificador y evitar un desbordamiento del agua recolectada. En un ambiente cálido y húmedo, estos cubos generalmente se llenarán de agua en 8 a 12 horas y es posible que sea necesario vaciarlos y reemplazarlos manualmente varias veces al día para garantizar un funcionamiento continuo.
Muchos deshumidificadores portátiles también se pueden adaptar para conectar la salida de goteo de condensado directamente a un drenaje mediante una manguera. Algunos modelos de deshumidificadores pueden conectarse a los desagües de plomería o usar una bomba de agua incorporada para vaciarse a medida que acumulan humedad. Alternativamente, se puede usar una bomba de condensado separada para mover el agua recolectada a un lugar de eliminación, cuando el drenaje por gravedad no sea posible.
Las unidades de aire acondicionado central normalmente necesitan estar conectadas a un drenaje, porque el vaciado manual frecuente de múltiples contenedores de agua condensada extraída por tales sistemas no es práctico. Si el agua condensada se dirige al sistema de alcantarillado, se debe atrapar adecuadamente para evitar que los olores sépticos y los gases del alcantarillado entren al edificio. El condensado no debe dirigirse al sistema séptico de una casa, porque no necesita un tratamiento especial como efluente . Cuando la altura del controlador de aire (que contiene el evaporador) está por encima del nivel de los drenajes superficiales utilizados para el agua de lluvia, las líneas de drenaje de condensado a menudo se pueden encaminar hacia ellos. Los controladores de aire ubicados debajo del nivel del suelo, por ejemplo, el sótano de una casa, pueden necesitar usar una bomba de condensado para elevar el agua a un drenaje superficial.
Generalmente, el agua deshumidificadora se considera un tipo de agua gris bastante limpia : no es apta para beber, pero es aceptable para regar plantas, aunque no hortalizas. [18] Los problemas de salud son: [18] [ se necesita una mejor fuente ]
Los deshumidificadores de calidad alimentaria, también llamados generadores de agua atmosféricos , están diseñados específicamente para evitar la contaminación por metales tóxicos y mantener limpias todas las superficies en contacto con el agua. Los dispositivos están destinados principalmente a producir agua pura y el efecto deshumidificador se considera secundario a su funcionamiento.
Si el agua condensada se maneja automáticamente, la mayoría de los deshumidificadores requieren muy poco mantenimiento. Debido al volumen del flujo de aire a través del aparato, es necesario eliminar la acumulación de polvo para que no impida el flujo de aire; Muchos diseños cuentan con filtros de aire extraíbles y lavables. Es posible que las bandejas y contenedores de recolección de condensado necesiten una limpieza ocasional para eliminar la acumulación de desechos y evitar la obstrucción de los conductos de drenaje, lo que puede causar fugas y desbordes de agua; Si se acumulan grandes cantidades de determinadas partículas o polvo, es posible que sea necesario realizar esta operación con frecuencia para evitar el crecimiento microbiano.
La humedad relativa en las viviendas debe oscilar preferentemente entre el 30% y el 50%. [19]
La deshumidificación dentro de los edificios puede controlar:
Los deshumidificadores también se utilizan en áreas de construcción y renovaciones de espacios interiores para eliminar el exceso de humedad o moho.
Los deshumidificadores se utilizan en cámaras climáticas industriales para reducir la humedad relativa y el punto de rocío en muchas aplicaciones industriales, desde plantas de tratamiento de agua dulce y residuales hasta cuartos de cultivo interiores donde el control de la humedad es esencial.
Según una estimación de 2015, el mercado total anual proyectado de deshumidificadores a nivel mundial sería de aproximadamente 3.500 millones de dólares para 2022. Esto incluye varios tipos y aplicaciones, que abarcan diferentes aplicaciones, como domésticas e industriales, y diferentes tecnologías, como ventilación y desecante. [20]
