Autor: Departamento Técnico de Mycond
El control eficaz de la humedad en locales industriales y comerciales es fundamental para garantizar la calidad del producto, prevenir la corrosión del equipamiento y crear condiciones de trabajo confortables. Uno de los errores de diseño más comunes consiste en utilizar un único sensor de humedad para controlar un espacio amplio. Esta práctica suele provocar un funcionamiento incorrecto de los sistemas de deshumidificación, cuando, con lecturas normales del sensor central, en zonas alejadas del recinto se forman áreas con humedad elevada y aparece condensación.
Mecanismos físicos del transporte de masa de vapor de agua en el aire
La distribución del vapor de agua en el aire de un recinto se produce gracias a dos mecanismos principales: el transporte convectivo y la difusión molecular. El transporte convectivo se realiza mediante el movimiento de masas de aire y es el mecanismo dominante en locales ventilados. La difusión molecular, que tiene lugar por el gradiente de concentración, pasa a ser el factor determinante en zonas con intercambio de aire limitado.
La velocidad de igualación de la humedad en un recinto depende directamente de la intensidad del intercambio de aire. En zonas con ventilación activa el tiempo de igualación puede ser de 5-10 minutos, mientras que en zonas remotas y estancadas este proceso puede durar 30-60 minutos o más. El coeficiente de difusión del vapor de agua en el aire en condiciones normales es de aproximadamente 2,6·10^-5 m²/s y aumenta con la temperatura.
La geometría del recinto influye significativamente en la estructura de los flujos de aire. En espacios con configuración compleja, columnas y equipamiento tecnológico se forman zonas con circulación de aire limitada. Para evaluar la influencia de la geometría se utilizan métodos de visualización de flujos de aire (generadores de humo, aerosoles) o modelización computacional CFD (Computational Fluid Dynamics).
Estratificación vertical y gradiente de contenido de humedad
La densidad del aire húmedo viene determinada por su temperatura y su contenido de humedad según la ley del gas ideal. Para el aire seco en condiciones normales (20°C, 101,325 kPa) la densidad es de 1,2 kg/m³. Al aumentar el contenido de humedad, la densidad disminuye, ya que la masa molecular del vapor de agua (18 g/mol) es menor que la del aire (29 g/mol). Esto crea condiciones para la estratificación vertical del aire.
El perfil vertical del contenido de humedad se forma bajo la influencia de fuentes de calor y humedad a diferentes alturas. Cuando existen fuentes de humedad en el nivel inferior (superficies de agua abiertas, evaporación desde el suelo) y fuentes de calor en el nivel superior (iluminación, radiación solar a través del acristalamiento), se crean condiciones para una estratificación estable. El gradiente de humedad puede ser de 2-5 g/m³ por cada metro de altura.
La estratificación estable aparece cuando el aire cálido y húmedo asciende, mientras que el aire frío y seco permanece abajo. Este estado se ve alterado con ventilación mecánica activa con una tasa de renovación de aire de 5-6 h⁻¹ o con flujos convectivos verticales importantes procedentes de fuentes de calor potentes.
Influencia de la ventilación y la distribución del aire en la uniformidad de los parámetros
Existen tres tipos principales de distribución del aire, cada uno de los cuales influye de forma diferente en la distribución de la humedad en el recinto:
- Ventilación por mezcla con impulsión de aire en la zona superior — proporciona una distribución uniforme de los parámetros en todo el volumen, pero requiere altas velocidades de aire (0,25-0,5 m/s) y una tasa de renovación considerable.
- Ventilación por desplazamiento con impulsión de aire en la zona inferior — crea un gradiente vertical de parámetros con la mejor calidad de aire en la zona de trabajo, pero exige controlar los parámetros a diferentes alturas.
- Esquemas combinados — combinan las ventajas de ambos sistemas, pero requieren una gestión más compleja y un mayor número de puntos de control.
La tasa de renovación de aire necesaria para garantizar la uniformidad de los parámetros se calcula con la fórmula del balance de transporte de masa: n = Q/(V·(C_вн - C_приплив)), donde n es la tasa de renovación (h⁻¹), Q es la cantidad de humedad emitida (g/h), V es el volumen del recinto (m³), C_вн es la concentración de humedad admisible en el aire interior (g/m³) y C_приплив es la concentración de humedad en el aire de impulsión (g/m³).
Es importante entender que una alta tasa de renovación de aire no garantiza una distribución uniforme de la humedad si la distribución del aire está mal organizada. La eficacia de la mezcla del aire depende de la ubicación de los dispositivos de impulsión y extracción, de su tipo y de la velocidad de salida del aire.
Fuentes locales de emisión de humedad y zonas de riesgo
En la mayoría de los recintos existen diversas fuentes locales de humedad que generan una distribución no uniforme de la humedad:
- Superficies de agua abiertas (piscinas, depósitos) — intensidad de evaporación de 0,1-0,4 kg/(m²·h) según la temperatura del agua y del aire.
- Procesos tecnológicos con evaporación — pueden generar de 1 a 10 kg/h de humedad y crear zonas locales con contenido de humedad 3-8 g/m³ por encima del valor medio.
- Personas — un trabajador emite 40-70 g/h de humedad durante trabajo ligero y hasta 150-200 g/h en actividad física intensa.
Debe prestarse especial atención a las zonas de formación de condensación en superficies frías. Incluso con una humedad media normal en el recinto, en superficies frías (paredes exteriores, ventanas, equipos de refrigeración) la temperatura local puede estar por debajo del punto de rocío, lo que conduce a la aparición de condensación. Son críticas las zonas donde la temperatura de la superficie es 2-5°C inferior a la temperatura media del recinto.
La interacción entre las fuentes locales de humedad y la ventilación general se caracteriza por el coeficiente de eficacia de eliminación de contaminantes (ε), que se define por la relación: ε = (C_вит - C_приплив)/(C_зона - C_приплив), donde C_вит es la concentración de humedad en el aire extraído y C_зона es la concentración de humedad en la zona de trabajo. El valor ideal es ε = 1, pero en la práctica, para fuentes locales de humedad puede situarse en 0,4-0,8.
Metodología para determinar la cantidad y la ubicación de los sensores de humedad
Para un control eficaz de la humedad es necesario seguir el siguiente algoritmo paso a paso:
- Análisis de la disposición del recinto: identificar todas las fuentes de emisión de humedad y las superficies frías. Para cada fuente de humedad se evalúa la potencia (kg/h) y el área de influencia (m).
- Determinación del tipo de ventilación: analizar la ubicación de los dispositivos de impulsión y extracción, evaluar las direcciones de los flujos de aire principales y la intensidad de la mezcla.
- Identificación de zonas características: zona de ventilación activa, zona de equipamiento tecnológico, zona con posible estancamiento, zona junto a superficies frías.
- Determinación de la necesidad de sensor para cada zona: si en la zona hay una fuente local de humedad o una superficie fría, o si la distancia desde la zona de ventilación activa supera los 5-8 m, se necesita un sensor de humedad independiente.
- Determinación de la altura de instalación del sensor: para ventilación por mezcla — a la altura de la zona de trabajo (1,0-1,8 m), para ventilación por desplazamiento — a la altura de máximo riesgo de condensación (a menudo junto a superficies frías), para almacenes en varios niveles — en cada nivel por separado.
- Verificación de la ubicación: ningún sensor debe colocarse directamente junto a la impulsión o extracción a una distancia menor de 3 diámetros del conducto o de menos de 1 m.
Ejemplo de cálculo para un almacén de 30×20×6 m con un sistema de ventilación por mezcla y dos zonas de almacenamiento de materiales higroscópicos:
- Zona principal de ventilación (parte central) — un sensor a 1,5 m de altura
- Zona de almacenamiento de materiales higroscópicos — dos sensores a 1,0 m de altura
- Zona junto a la pared exterior con ventanas — un sensor a 2,0 m de altura junto a la superficie más fría
- Cantidad total de sensores: 4 uds.
Errores típicos en el diseño de sistemas de medición de humedad
En el desarrollo de sistemas de control de humedad se encuentran con más frecuencia los siguientes errores:
- Uso de un solo sensor para todo el volumen del recinto — conduce a obtener únicamente un valor promedio que no refleja las zonas locales con humedad elevada. En recintos de más de 100 m² la diferencia de lecturas de humedad entre distintas zonas puede alcanzar el 15-25%.
- Colocación del sensor en el chorro de aire de impulsión o extracción — ese sensor mide los parámetros del aire que entra o sale, y no las condiciones reales en la zona de trabajo.
- Ignorar la estratificación térmica — ubicar el sensor a una altura inadecuada, especialmente con ventilación por desplazamiento, puede introducir un error de medición de la humedad relativa de hasta el 10-15%.
- Ausencia de sensores junto a superficies frías — es precisamente en estas zonas donde es más probable la formación de condensación, incluso cuando el valor global de humedad está dentro de la norma.
- Instalar los sensores solo en lugares accesibles para el montaje — la facilidad de mantenimiento no debe ser el criterio principal de ubicación; la prioridad debe ser la representatividad de las mediciones.
Consecuencias operativas de una colocación incorrecta de los sensores
La colocación incorrecta de los sensores de humedad conduce a varios escenarios negativos:
Escenario 1: El sensor se ubica en una zona de intercambio de aire activo, muestra humedad normal (40-60%), pero en zonas estancadas la humedad es elevada (70-85%) y se produce condensación. Consecuencias: daños en el producto, corrosión de estructuras metálicas, desarrollo de moho y otros microorganismos. La desviación de las lecturas respecto a los parámetros reales en zonas críticas puede ser del 15-30% de humedad relativa.
Escenario 2: El sensor se ubica cerca de una fuente local de humedad, muestra constantemente valores elevados (65-80%). El sistema de deshumidificación opera a máxima potencia, lo que conduce a un sobreconsumo de energía del 30-50% y a un secado excesivo de otras zonas (hasta 20-30% de humedad relativa).
Escenario 3: El sensor se coloca a una altura incorrecta, por ejemplo, bajo el techo en un recinto con ventilación por desplazamiento. Muestra humedad elevada (65-75%), aunque en la zona de trabajo la humedad es normal (45-55%). El sistema de deshumidificación funciona sin necesidad, consumiendo energía adicional.
Limitaciones en la aplicación de los enfoques descritos
A pesar de la eficacia de la metodología propuesta, existen condiciones en las que se requieren medidas adicionales:
- En recintos con un volumen superior a 5000 m³, incluso con sensores puntuales bien ubicados puede no lograrse un control completo; es aconsejable utilizar un sistema de monitorización adicional con sensores distribuidos o escaneado periódico.
- A temperaturas por debajo de -20°C, la precisión de los sensores capacitivos estándar de humedad disminuye significativamente; se necesitan sensores especializados con calefacción u otras tecnologías de medición.
- En recintos con fuentes intensas de polvo o sustancias agresivas, los sensores capacitivos se ensucian rápidamente o se degradan; se recomienda utilizar carcasas protectoras con filtros o sensores ópticos de punto de rocío.
- Con cambios estacionales en el modo de operación (período con calefacción/sin calefacción) puede ser necesario recalibrar los sensores o ajustar su ubicación.
FAQ
¿Por qué se forma condensación en las paredes si las lecturas del sensor central son normales?
Este es un ejemplo clásico de desuniformidad local de la humedad. El sensor central refleja un valor promedio de la zona de intercambio de aire activo, pero junto a las superficies frías la temperatura local puede ser 3-5°C inferior, lo que conduce a superar localmente el punto de rocío incluso con una humedad global del 50-60%. Para evitarlo, es necesario instalar sensores adicionales junto a superficies frías o asegurar una mezcla eficaz del aire en todo el volumen.
¿A qué altura se debe instalar el sensor de humedad?
La altura óptima depende del tipo de ventilación y del uso del recinto. Con ventilación por mezcla se recomienda instalar los sensores a la altura de la zona de trabajo (1,0-1,8 m). Con ventilación por desplazamiento, los sensores se ubican al nivel de los procesos tecnológicos críticos o del equipamiento, así como en las zonas con mayor probabilidad de formación de condensación. En recintos altos (a partir de 6 m) se recomienda instalar sensores a varios niveles para seguir el gradiente vertical de la humedad.
¿Se puede instalar un sensor cerca de puertas o ventanas?
No se recomienda colocar sensores a menos de 1,5-2,0 m de puertas, ventanas u otras fuentes de infiltración de aire exterior. Bajo la influencia de la infiltración se forma una zona local con parámetros alterados que no refleja el estado general del recinto. Esto es especialmente crítico en la temporada fría, cuando la infiltración de aire exterior crea fuertes gradientes de temperatura y humedad. Si es necesario controlar la humedad en estas zonas para prevenir la condensación, utilice sensores independientes dedicados específicamente a estas zonas críticas.
¿Cuántos sensores hay que instalar en un almacén de 500 m²?
La cantidad de sensores depende no solo de la superficie, sino también de la configuración del recinto, del tipo de ventilación y de la naturaleza del producto almacenado. Para un almacén de 500 m², la cantidad mínima de sensores es de 3-4 uds. Regla base: un sensor por cada 100-150 m² de espacio homogéneo, más sensores adicionales para zonas críticas (junto a paredes exteriores, en esquinas, junto a materiales higroscópicos). En almacenamiento en estanterías con altura superior a 3 m es necesario instalar sensores a diferentes niveles, añadiendo un nivel de control por cada 3-4 m de altura.
Conclusiones
La correcta ubicación de los sensores de humedad no es una formalidad, sino una necesidad de ingeniería que se desprende directamente de la física de los procesos de transporte de masa en el medio aéreo. La desuniformidad de la distribución de la humedad en los recintos es una realidad objetiva, determinada por la estructura de los flujos de aire, la presencia de fuentes locales de emisión de humedad y los gradientes de temperatura.
Para un control eficaz de la humedad se recomienda:
- Realizar un análisis detallado de los flujos de aire en el recinto antes de definir los puntos de control
- Identificar todas las fuentes locales de humedad y las zonas con temperatura reducida
- Asegurar una cantidad suficiente de sensores, especialmente en recintos grandes o complejos
- Tener en cuenta la estratificación vertical del aire al determinar la altura de montaje de los sensores
- Comprobar regularmente la correlación entre las lecturas de distintos sensores y ajustar el sistema de monitorización
El cumplimiento de estos principios permite crear un sistema de control de humedad eficaz que garantiza la conservación del producto, la eficiencia energética de los sistemas de deshumidificación y la prevención de la formación de condensación en zonas críticas incluso con una desuniformidad significativa de los parámetros del medio aéreo.
