El uso de deshumidificadores desecantes (de adsorción) es cada vez más popular en la industria y en instalaciones comerciales de España, especialmente en regiones con humedad elevada, como las ciudades costeras de Valencia, Málaga o Barcelona. Sin embargo, muchos diseñadores de sistemas de climatización no tienen suficientemente en cuenta un aspecto importante del funcionamiento de estos equipos: la considerable carga térmica que generan. Comprender los principios de cálculo de esta carga permite integrar correctamente el deshumidificador en el sistema general de ventilación y climatización.
Los deshumidificadores desecantes utilizan materiales adsorbentes (con mayor frecuencia gel de sílice o tamices moleculares) para absorber la humedad del aire. A diferencia de los deshumidificadores por condensación, pueden trabajar eficazmente a bajas temperaturas y proporcionar puntos de rocío extremadamente bajos, lo cual es especialmente importante para procesos productivos en las industrias farmacéutica, alimentaria y electrónica.
Conceptos básicos de la carga térmica de un deshumidificador desecante
Para calcular con precisión la carga térmica de un deshumidificador de adsorción, es necesario comprender los procesos físicos clave que tienen lugar durante su funcionamiento. La carga térmica principal del deshumidificador desecante está relacionada con el proceso de conversión del calor latente en calor sensible. Cuando el vapor de agua es adsorbido por el material desecante, la energía latente de vaporización se libera en forma de calor, lo que conduce a un aumento significativo de la temperatura del aire después del deshumidificador.
El calor de adsorción del vapor de agua sobre gel de sílice es de aproximadamente 2800-3000 kJ/kg, incluso superior al calor de condensación del agua (2500 kJ/kg). Esta energía adicional está asociada a la energía de enlace de las moléculas de agua con la superficie del adsorbente. Como resultado, el aire húmedo, al pasar por el rotor desecante, no solo pierde humedad, sino que también se calienta de manera importante.
Cálculo del aumento de temperatura tras el deshumidificador
Para determinar con precisión el incremento de temperatura del aire tras pasar por un deshumidificador desecante se utiliza una fórmula que tiene en cuenta la cantidad de humedad eliminada y el calor de adsorción:
Δt = (ΔW × Qадс) / (cp × ρ)
donde:
- Δt – aumento de la temperatura del aire, °C
- ΔW – cantidad de humedad eliminada, kg de agua/kg de aire seco
- Qадс – calor de adsorción del vapor de agua, kJ/kg
- cp – calor específico del aire, kJ/(kg×°C)
- ρ – densidad del aire, kg/m³
El incremento de temperatura tras la adsorción depende de varios factores clave:
- Contenido de humedad inicial del aire
- Eficiencia del desecante (profundidad del secado)
- Tipo de material adsorbente
- Velocidad del caudal de aire a través del deshumidificador
- Temperatura de regeneración del rotor
Diagrama psicrométrico para la deshumidificación desecante
El diagrama psicrométrico es una herramienta imprescindible para analizar el cambio de entalpía del aire en un deshumidificador de adsorción. A diferencia de los deshumidificadores por condensación, donde el proceso se desarrolla casi por una línea isoentálpica, la deshumidificación desecante se caracteriza por un aumento significativo de la entalpía.
En el diagrama psicrométrico, el proceso de deshumidificación desecante se representa como una curva que se desplaza hacia abajo (disminución del contenido de humedad) y hacia la derecha (aumento de temperatura). El cambio total de entalpía del aire puede calcularse con la fórmula:
ΔH = cp × Δt + (r + Qадс-конд) × ΔW
donde:
- ΔH – cambio de entalpía del aire, kJ/kg
- r – calor de vaporización del agua, kJ/kg
- Qадс-конд – calor adicional de adsorción respecto al calor de condensación, kJ/kg
Cálculo de la cantidad de humedad eliminada
Para calcular correctamente la carga térmica es necesario determinar con precisión la cantidad de humedad que se elimina del aire. El balance másico de humedad en un deshumidificador desecante puede expresarse mediante la fórmula:
mв = V × ρ × ΔW
donde:
- mв – caudal másico de humedad eliminada, kg/h
- V – caudal volumétrico de aire, m³/h
- ΔW – diferencia de humedad específica antes y después del deshumidificador, kg de agua/kg de aire seco
Para condiciones típicas en ciudades de España, como Madrid, Barcelona o Sevilla, donde la humedad del aire puede ser bastante alta, especialmente en zonas costeras, la cantidad de humedad eliminada puede situarse entre 5 y 15 g/kg, lo que genera una carga térmica significativa.
Integración del deshumidificador en el sistema de ventilación
La correcta ubicación del deshumidificador con respecto al enfriador es fundamental para la eficiencia del conjunto del sistema. Existen dos enfoques principales:
- Deshumidificador antes del enfriador – la opción más común, que permite al enfriador compensar la carga térmica del deshumidificador. Esto mejora la eficiencia energética global del sistema.
- Deshumidificador después del enfriador – se emplea en casos especiales cuando se requiere un secado profundo, aunque este esquema es menos eficiente energéticamente.
Carga adicional sobre el sistema de refrigeración
El deshumidificador desecante genera una carga adicional considerable sobre el sistema de refrigeración, que debe tenerse en cuenta en el diseño. La carga térmica total incluye dos componentes:
- Calor liberado durante la adsorción de la humedad
- Carga térmica debida a la regeneración (una parte del calor de regeneración se transfiere al flujo de aire deshumidificado)
La compensación de la carga térmica debida a la regeneración requiere potencia frigorífica adicional, que puede calcularse con la fórmula:
Qохол = V × ρ × cp × Δt
donde:
- Qохол – capacidad frigorífica necesaria, kW
- Δt – diferencia de temperatura antes y después del deshumidificador, °C
Metodología para determinar el flujo térmico procedente del desecante
Para determinar con precisión el flujo térmico procedente del desecante se recomienda el siguiente algoritmo:
- Determinar los parámetros iniciales del aire (temperatura, humedad relativa)
- Calcular la humedad específica inicial
- Determinar la humedad específica final después del deshumidificador (según las características del equipo)
- Calcular la cantidad de humedad eliminada
- Calcular el calor de adsorción
- Determinar el aumento de temperatura
- Calcular la capacidad frigorífica necesaria para la compensación
El algoritmo de selección de la refrigeración de compensación debe tener en cuenta no solo la carga térmica del deshumidificador, sino también otras fuentes de calor del sistema.
Errores típicos en el cálculo del balance térmico
En el diseño de sistemas con deshumidificadores desecantes se cometen a menudo los siguientes errores:
- Subestimación de la carga térmica debida a la adsorción
- Ignorar la influencia del calor de regeneración sobre el flujo de aire deshumidificado
- No considerar la variación de parámetros por cambios estacionales
- Ubicación incorrecta del deshumidificador en el sistema
- Capacidad insuficiente del enfriador para compensar la carga térmica
Para evitar estos errores se recomienda utilizar software especializado y consultar con expertos en el campo de la deshumidificación del aire.
Gel de sílice y tamices moleculares en deshumidificadores
La elección del adsorbente influye de manera significativa en la carga térmica. Los materiales más comunes son:
- Gel de sílice – tiene un calor de adsorción de alrededor de 2800-3000 kJ/kg de agua
- Tamices moleculares – el calor de adsorción es de 3200-3500 kJ/kg de agua
Para considerar correctamente el calor de regeneración del adsorbente, es necesario conocer la energía requerida para la regeneración y la eficiencia del intercambio térmico en el rotor. Una parte del calor de regeneración (5-15%) pasa al flujo de aire principal, lo que también debe tenerse en cuenta en los cálculos.
Balance energético del sistema de deshumidificación
El deshumidificador desecante calienta el aire a través de varios procesos físicos:
- Liberación del calor latente de vaporización
- Energía adicional de enlace de las moléculas de agua con el adsorbente
- Transferencia de calor desde la sección de regeneración
- Calor mecánico debido a la rotación del rotor
El balance energético total del sistema de deshumidificación debe considerar todos estos componentes para calcular correctamente la carga sobre los enfriadores y calentadores del sistema.
Conclusión
El cálculo correcto de la carga térmica de un deshumidificador desecante es fundamental para el diseño eficiente de sistemas de climatización y ventilación, especialmente en las condiciones de España, donde en muchas regiones se registra una humedad del aire elevada. La comprensión del proceso de conversión del calor latente en calor sensible, la consideración del calor de adsorción del vapor de agua y la correcta determinación de la carga adicional sobre el sistema de refrigeración permiten optimizar el consumo energético y garantizar los parámetros de aire requeridos.
Los factores clave para un cálculo correcto y una integración adecuada en el sistema son la determinación precisa de la cantidad de humedad eliminada, la correcta ubicación del deshumidificador con respecto al enfriador y la consideración de todas las fuentes de calor en el balance energético del sistema de deshumidificación.
Contacte con los expertos de Mycond
Si necesita asesoramiento para la selección y el cálculo de deshumidificadores desecantes para su instalación en Madrid, Barcelona, Valencia, Sevilla, Zaragoza, Málaga u otras ciudades de España, póngase en contacto con los especialistas de Mycond. Nuestros ingenieros le ayudarán a calcular correctamente la carga térmica de un deshumidificador de adsorción y a elegir la solución óptima para su proyecto. Visite nuestro sitio web mycond.eu para obtener información adicional sobre nuestros productos y servicios.
