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 confort térmico o para eliminar el olor a humedad y prevenir el crecimiento de moho extrayendo agua del aire. Puede usarse para aplicaciones domésticas, comerciales o industriales. Los deshumidificadores grandes se utilizan en edificios comerciales como pistas de hielo cubiertas [2] y piscinas , así como en plantas de fabricación o almacenes de almacenamiento. Los sistemas de aire acondicionado típicos combinan la deshumidificación con la refrigeración, haciendo funcionar serpentines de refrigeración 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. Existen dos tipos comunes de deshumidificadores: deshumidificadores de condensación y deshumidificadores desecantes , aunque también hay otros diseños emergentes.
Los deshumidificadores de condensación utilizan un ciclo de refrigeración para recolectar el agua denominada condensación, que normalmente se considera agua gris , pero que a veces puede reutilizarse para fines industriales. Algunos fabricantes ofrecen filtros de ósmosis inversa para convertir la condensación en agua potable .
Los deshumidificadores desecantes (también conocidos 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 absorbente utilizando aire caliente para eliminar la humedad y expulsar el aire húmedo fuera de la habitación.
Una nueva clase de deshumidificadores de membrana, como el deshumidificador de membrana iónico, elimina el agua en forma de vapor en lugar de líquido. Estas tecnologías más nuevas pueden apuntar a sistemas de menor tamaño o a 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 una motivación posterior para otros descubrimientos en el campo del aire acondicionado. [1] Estos deshumidificadores "activos" condensaban el agua del aire. Sin embargo, el control de la humedad "pasivo", como el aumento de la ventilación natural , se ha utilizado desde la antigüedad. [4]
Estos métodos se basan en hacer pasar aire a través de una superficie fría. Como la presión de vapor de saturación del agua disminuye con la disminución de la temperatura, el agua del aire se condensa en la superficie, lo que separa el agua del aire.
Los deshumidificadores eléctricos para refrigeración son el tipo más común de deshumidificadores. Funcionan haciendo pasar aire húmedo por un evaporador refrigerado con un ventilador. Hay tres tipos principales de evaporadores: de tubo en espiral, de aletas y tubos y de tecnología de microcanales .
El serpentín del evaporador frío del dispositivo de refrigeración condensa el agua, que se elimina, y luego el aire se vuelve a calentar mediante el serpentín del condensador . El aire ahora deshumidificado y recalentado se libera en la habitación. Este proceso funciona de manera más efectiva a temperaturas ambiente más altas con una temperatura de punto de rocío alta . En climas fríos, el proceso es menos efectivo. La mayor eficiencia se alcanza por encima de los 20 °C (68 °F) y el 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 acondicionador de aire estándar en que tanto el evaporador como el condensador están ubicados en el mismo recorrido 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 están 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 , al igual que con un calentador eléctrico que consume la misma cantidad de energía.
Además, si se condensa agua en la habitación, la cantidad de calor que se necesitaba previamente 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 en la habitación siempre calentará la habitación y reducirá la humedad relativa indirectamente, además de reducir la humedad de manera más directa, al condensar y eliminar el agua.
El aire cálido y húmedo se introduce en la unidad por 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 aire de suministro frío. Este proceso lleva el aire extraído cerca de la saturación. El aire pasa luego a la cámara de distribución del ventilador de extracción (C) donde una parte del mismo puede ser rechazada al exterior. La cantidad que se rechaza puede variar y está determinada por la legislación sobre los requisitos de aire fresco o por el requisito de mantener un ambiente fresco y sin olores. El resto del aire pasa luego al serpentín del evaporador de la bomba de calor donde se enfría y la humedad se condensa. Este proceso produce cantidades sustanciales de energía latente para el circuito de refrigeración. Luego se introduce aire fresco para reemplazar la cantidad que se extrajo 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 pasa luego 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 energía que se introduce en el compresor. El aire seco y caliente se descarga luego en la habitación. [ cita requerida ]
Un acondicionador de aire convencional es muy similar a un deshumidificador eléctrico y actúa inherentemente como un deshumidificador al enfriar el aire. Sin embargo, en un acondicionador de aire, el aire pasa por las bobinas del evaporador frío y luego directamente a la habitación. No se recalienta al pasar por el condensador, como en un deshumidificador de refrigeración. En cambio, el compresor bombea el refrigerante a un condensador que se encuentra fuera de la habitación que se va a acondicionar y luego el calor se libera al aire exterior. Los acondicionadores de aire convencionales utilizan energía adicional para expulsar el aire al exterior y el aire nuevo puede tener más humedad de la que necesita la habitación, como una sala de billar que ya tiene una gran cantidad de humedad en el aire. [ cita requerida ]
El agua que se condensa en el evaporador de un acondicionador de aire suele canalizarse para eliminar el agua extraída del espacio acondicionado. Las unidades de ventana de alta eficiencia más nuevas 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 dejaban que el agua goteara hacia el exterior.
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 de ella. Los deshumidificadores por pulverización mezclan pulverizaciones de agua fría y aire para capturar la humedad atmosférica. También capturan contaminantes como el polen, por lo que a veces se los 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 al enviar el calor que sale de ellas a la misma habitación que el aire enfriado, en lugar de al ambiente exterior. Si el condensado de las bobinas de enfriamiento se drena fuera de la habitación a medida que gotea de las bobinas 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 evaporándola nuevamente en la corriente de aire de escape, lo que anula la disminución de la humedad del aire causada por la condensación de humedad en las bobinas de enfriamiento. Para que sea eficaz como deshumidificador, un acondicionador de aire debe estar diseñado o modificado de manera que la mayor parte o la totalidad del agua que se condensa se drene en forma líquida, en lugar de reevaporarse. Incluso si se drena el condensado, un acondicionador de aire modificado sigue siendo menos eficiente que un aparato de un solo propósito con un diseño optimizado para la deshumidificación. Los deshumidificadores están diseñados para pasar el aire directamente sobre las bobinas de enfriamiento y luego sobre las bobinas de calentamiento en un solo paso eficiente a través del dispositivo.
Además, la mayoría de los aparatos de aire acondicionado se controlan mediante un termostato que detecta la temperatura, en lugar de un higrostato que detecta la humedad y que se utiliza normalmente para controlar un deshumidificador. Un termostato no está diseñado para controlar la humedad y, si es que lo hace, la controla de forma deficiente.
En determinadas condiciones de temperatura y humedad, se puede formar hielo en las bobinas del evaporador de un deshumidificador de refrigeración . La acumulación de hielo puede impedir el flujo de aire y, con el tiempo, formar un bloque sólido que encierra las bobinas. [6] Esta acumulación impide que el deshumidificador funcione de manera eficaz y puede provocar daños por agua si el agua condensada gotea del hielo acumulado y no en la bandeja de recolección. En casos extremos, el hielo puede deformar o distorsionar los elementos mecánicos, lo que provoca daños permanentes.
Los deshumidificadores de mejor calidad pueden tener un sensor de escarcha o hielo. Estos apagarán la máquina y permitirán que las bobinas cubiertas de hielo se calienten y se descongelen. Una vez descongelada, la máquina generalmente se reiniciará automáticamente. La mayoría de los sensores de hielo son interruptores térmicos simples y no detectan directamente la presencia o ausencia de acumulación de hielo. Un diseño alternativo detecta el flujo de aire impedido y apaga las bobinas de enfriamiento de manera similar.
Ciertas fallas de los deshumidificadores, como la pérdida parcial de refrigerante, pueden provocar la formación repetida de hielo en las bobinas. Esta condición requiere la reparación o el 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 un 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.
Este proceso utiliza un desecante (material absorbente de humedad) para absorber la humedad. Luego, el material saturado se mueve y la humedad recolectada se descarga, generalmente mediante calentamiento. [7] [5]
Los deshumidificadores que funcionan según el principio de absorción son adecuados para condiciones de humedad elevada a bajas temperaturas. Suelen emplearse en la industria para conseguir niveles de humedad inferiores al 35 %.
Debido a la ausencia de piezas de compresor, los deshumidificadores desecantes suelen ser más ligeros y silenciosos que los deshumidificadores de compresor. Los deshumidificadores desecantes pueden funcionar a temperaturas más bajas, ya que la unidad no necesita serpentines refrigerados.
Los costos iniciales de instalación han limitado la aceptación de la deshumidificación por desecante, lo que se ha agravado por la falta de comprensión de los beneficios operativos, la falta de conocimiento de la tecnología y las prioridades de la empresa. [8]
El sistema AirJoule utiliza una estructura metalorgánica (MOF) cuyos poros están dimensionados para alojar moléculas de agua. Puede absorber el 55% de su peso en agua. Consta de dos cámaras que se turnan para deshumidificar. Mientras una cámara seca el aire, la otra libera humedad en forma de agua líquida. El calor de la cámara de secado estimula al MOF a descargar su contenido. Las cavidades intercambian funciones cada 10 minutos aproximadamente. Los investigadores afirman que AirJoule consume menos de 100 vatios-hora por litro de vapor de agua, lo que reduce la energía necesaria para la deshumidificación hasta en un 90%. En cambio, Blue Frontier utiliza un desecante de sal líquida. [9]
Existen varios métodos para eliminar el vapor de agua haciendo pasar el aire por una membrana que permite la entrada del vapor. [10] La deshumidificación con membranas permite la eliminación del vapor de agua sin condensación; esto evita el consumo de energía necesario con la entalpía de vaporización, lo que ofrece una alta eficiencia para sistemas bien diseñados. Dicha deshumidificación se puede realizar de forma pasiva con una corriente de aire rechazada; consulte Ventilación con recuperación de energía . Los sistemas activos pueden utilizar gradientes de presión o métodos electrocatalíticos.
Las membranas selectivas utilizan materiales que bloquean otros gases ambientales además del vapor de agua. El vapor de agua se difundirá a través de estas membranas bajo una diferencia de concentración. Tal diferencia en la concentración (presión parcial) puede ser causada por el bombeo de vacío, o simplemente por el paso de una corriente de aire con una menor concentración de agua. Las configuraciones más eficientes ahorran energía al utilizar dos membranas que aíslan una bomba de vacío del aire ambiente. [11] Esto reduce drásticamente la presión a través de la bomba de vacío, ahorrando energía. Si bien estos sistemas a menudo se denominan "deshumidificación de membrana isotérmica", investigaciones recientes han demostrado que estos sistemas pueden volverse más eficientes al combinarlos con intercambio de calor. [12] Esta integración puede mejorar el rendimiento al mejorar el COP del ciclo de compresión de vapor (al operar entre temperaturas más cercanas), [13] y mejorar la mezcla de aire cerca de la membrana. [14]
Las membranas selectivas se pueden fabricar inmovilizando un líquido que pueda absorber agua (u otro soluto) dentro de una membrana, denominadas "membranas líquidas soportadas". [15] Por lo general, hay dos tipos de capas: una membrana altamente porosa que contiene el líquido absorbente y una capa de captura que evita que el líquido se escape. Esta capa absorbente de líquido les permite comportarse como membranas selectivas, sin tener materiales selectivos sólidos o poros muy pequeños. Los líquidos dentro de los cuales absorben bien el agua ( higroscópicos ) pueden incluir mezclas de glicol o líquidos iónicos.
Se puede utilizar una membrana iónica para introducir o sacar la humedad de un recinto sellado, mediante 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. [16]
Tal vez los primeros materiales para este tipo de deshumidificación basada en electrólisis fueron las membranas de electrolito de polímero sólido (SPE). Este enfoque proporciona un deshumidificador de estado estable y bajo consumo para áreas cerradas donde el mantenimiento a largo plazo es difícil. Este proceso electrolítico proporciona 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 a través de la electrólisis, el proceso no requiere mantenimiento. El proceso también utiliza muy poca energía eléctrica para funcionar, no requiere piezas móviles, lo que hace que las membranas iónicas funcionen silenciosamente y sean muy confiables durante largos períodos de tiempo. Los deshumidificadores SPE se utilizan normalmente para proteger componentes eléctricos sensibles, equipos médicos, especímenes de museos o aparatos científicos de entornos 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. [17] Cuando se aplica un 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 (lado de descarga de humedad) donde reaccionan con el oxígeno en el aire, lo que da como resultado la descarga de moléculas de agua (vapor). [18] El oxígeno se libera desde el lado deshumidificador y, si se ha introducido una gran cantidad de agua en un recinto hermético, 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 aire se puede volver a condensar y recoger como condensado, o bien expulsar al exterior. Además, algunos tipos de aire acondicionado rocían el condensado recogido sobre las bobinas 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 cálida, basada en el concepto de vapor sobresaturado dentro de un ambiente cerrado, [ aclaración necesaria ] permite deshumidificar el aire a temperaturas bajo cero. Se trata de una tecnología muy eficiente energéticamente y con la misma eficacia a todas las temperaturas.
La mayoría de los deshumidificadores portátiles están equipados con un recipiente de recolección de condensación, generalmente con un sensor de flotador 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 baldes 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 condensación directamente a un desagüe a través de una manguera. Algunos modelos de deshumidificadores se pueden conectar a desagües de plomería o usar una bomba de agua incorporada para vaciarse a medida que acumulan humedad. Alternativamente, se puede usar una bomba de condensación independiente para trasladar el agua recolectada a un lugar de eliminación, cuando no es posible el drenaje por gravedad.
Las unidades centrales de aire acondicionado normalmente necesitan estar conectadas a un desagüe, porque el vaciado manual frecuente de múltiples contenedores de agua condensada extraída por dichos sistemas es poco práctico. Si el agua condensada se dirige al sistema de alcantarillado, debe atraparse adecuadamente para evitar que los olores sépticos y los gases de alcantarillado entren en el edificio. El condensado no debe dirigirse a un sistema séptico de una casa, porque no necesita un tratamiento especial como efluente . Cuando la altura del manipulador de aire (que contiene el evaporador) está por encima del nivel de los desagües superficiales utilizados para el agua de lluvia, las líneas de drenaje de condensado a menudo se pueden dirigir hacia ellos. Los manipuladores de aire ubicados por 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 desagüe superficial.
En general, el agua deshumidificada se considera un tipo de agua gris bastante limpia : no apta para beber, pero aceptable para regar plantas, aunque no para las hortalizas del jardín. [19] Los problemas de salud son: [19] [ se necesita una mejor fuente ]
Los deshumidificadores de grado alimenticio, también llamados generadores de agua atmosféricos , están diseñados específicamente para evitar la contaminación por metales tóxicos y mantener limpias todas las superficies que entran 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. Las bandejas y los contenedores de recolección de condensación pueden necesitar una limpieza ocasional para eliminar la acumulación de residuos y evitar la obstrucción de los conductos de drenaje, lo que puede provocar fugas de agua y desbordamientos; si se acumulan grandes cantidades de determinadas partículas o polvo, es posible que sea necesario realizar esta limpieza con frecuencia para evitar el crecimiento microbiano.
La humedad relativa en las viviendas debe oscilar preferentemente entre el 30% y el 50%. [20]
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 residuos y agua dulce hasta salas de cultivo en interiores donde el control de la humedad es esencial.
Según una estimación de 2015, el mercado global total direccionable anual proyectado de deshumidificadores era de aproximadamente $3,5 mil millones para 2022. Esto incluye varios tipos y aplicaciones, que abarcan diferentes aplicaciones como domésticas e industriales y diferentes tecnologías como ventilación y desecante. [21]
