Deshumidificador

Los deshumidificadores eléctricos por refrigeración son el tipo más común. Funcionan haciendo circular el aire húmedo a través de un evaporador refrigerado mediante un ventilador. Existen tres tipos principales de evaporadores: de tubo en espiral, de aletas y tubo, y de tecnología de microcanales .

La serpentina evaporadora fría del aparato de refrigeración condensa el agua, que se elimina, y luego el aire se recalienta mediante la serpentina condensadora . El aire, ahora deshumidificado y recalentado, se libera en la habitación. Este proceso funciona con mayor eficacia a temperaturas ambiente elevadas y con un punto de rocío alto . En climas fríos, el proceso es menos eficaz. La máxima eficiencia se alcanza por encima de los 20 °C (68 °F) y con una humedad relativa del 45 %. 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 se encuentran en el mismo conducto de aire. Un aire acondicionado estándar transfiere energía térmica fuera de la habitación, ya que su serpentín condensador libera calor al exterior. Sin embargo, dado que todos los componentes del deshumidificador están en la misma habitación, no se extrae energía térmica. En cambio, la energía eléctrica consumida por el deshumidificador permanece en la habitación en forma de calor, por lo que la habitación se calienta , al igual que un calefactor eléctrico que consume la misma cantidad de energía.

Además, si el agua se condensa en la habitación, el calor necesario para evaporarla se libera nuevamente ( calor latente de vaporización ). El proceso de deshumidificación es el inverso al de añadir agua a la habitación con un enfriador evaporativo , y en este caso libera calor. Por lo tanto, un deshumidificador siempre calentará la habitación y reducirá la humedad relativa indirectamente, además de reducirla directamente mediante la condensación y eliminación del agua.

En el diagrama anterior, se introduce aire cálido y húmedo en la unidad (punto A). Este aire pasa a un intercambiador de calor de placas de flujo cruzado (B), donde una parte sustancial del calor sensible se transfiere a una corriente de aire frío. Este proceso calienta el aire extraído casi hasta la saturación. A continuación, el aire pasa a la cámara de distribución del ventilador extractor (C), donde una parte se expulsa al exterior. La cantidad expulsada puede variar y está determinada por la legislación sobre requisitos de aire fresco o por la necesidad de mantener un ambiente fresco y libre de olores. El resto del aire pasa a la serpentina del evaporador de la bomba de calor , donde se enfría y se condensa la humedad. Este proceso proporciona una cantidad considerable de energía latente al circuito de refrigeración. Posteriormente, se introduce aire fresco para reemplazar el aire extraído y la mezcla se descarga mediante el ventilador de suministro (G) al intercambiador de calor de placas de flujo cruzado (B), donde se calienta con el aire extraído de la piscina. Este aire precalentado pasa luego por el condensador de la bomba de calor (F), donde se calienta gracias a la energía latente extraída durante el proceso de condensación, así como a la energía suministrada al compresor. Finalmente, el aire caliente y seco se descarga en la habitación.

Un aire acondicionado convencional es muy similar a un deshumidificador eléctrico y, en esencia, actúa como tal al enfriar el aire. Sin embargo, en un aire acondicionado, el aire pasa por las bobinas frías del evaporador y luego directamente a la habitación. No se recalienta al pasar por el condensador, como en un deshumidificador por refrigeración. En cambio, el compresor bombea el refrigerante a un condensador ubicado fuera de la habitación que se desea climatizar, y el calor se libera al exterior. Los aires acondicionados convencionales consumen energía adicional al expulsar el aire al exterior, y el aire nuevo puede contener más humedad de la necesaria, como en el caso de una sala de piscina que ya presenta un alto nivel de humedad.

El agua que se condensa en el evaporador de un aire acondicionado generalmente se canaliza para eliminar el agua extraída del espacio acondicionado. Los nuevos aires acondicionados de ventana de alta eficiencia utilizan el agua condensada para ayudar a enfriar la serpentina del condensador , evaporándola hacia el aire exterior, mientras que los modelos más antiguos simplemente dejaban que el agua goteara al exterior.

Cuando el agua se enfría por debajo del punto de rocío atmosférico , el agua atmosférica se condensa sobre ella más rápido de lo que se evapora. Los deshumidificadores por aspersión mezclan agua fría y aire para capturar la humedad atmosférica. También capturan contaminantes como el polen, por lo que a veces se les denomina "lavadores de aire".

Debido a que los aires acondicionados de ventana tienen condensadores y unidades de expansión, algunos pueden usarse como deshumidificadores improvisados ​​al devolver el calor residual a la misma habitación que el aire enfriado, en lugar de al exterior. Si el condensado de las serpentinas de enfriamiento se drena fuera de la habitación a medida que gotea, el resultado será un aire más seco, pero ligeramente más cálido.

Sin embargo, muchos aires acondicionados de ventana están diseñados para eliminar el agua de condensación reevaporándola en la corriente de aire de escape, lo que contrarresta la disminución de la humedad del aire causada por la condensación de la humedad en las serpentinas de enfriamiento. Para ser eficaz como deshumidificador, un aire acondicionado debe diseñarse o modificarse de manera que la mayor parte o la totalidad del agua condensada se drene en forma líquida, en lugar de reevaporarse. Incluso si se drena el condensado, un aire acondicionado modificado sigue siendo menos eficiente que un aparato de un solo propósito con un diseño optimizado para la deshumidificación. Los deshumidificadores están diseñados para hacer pasar el aire directamente sobre las serpentinas de enfriamiento y luego sobre las serpentinas de calefacción en un solo paso eficiente a través del dispositivo.

Además, la mayoría de los aires acondicionados se controlan mediante un termostato que mide la temperatura, en lugar de un humidistato que mide la humedad y que normalmente se usa para controlar un deshumidificador. Un termostato no está diseñado para controlar la humedad y, si lo hace, su control es deficiente.

Bajo ciertas condiciones de temperatura y humedad, puede formarse hielo en las serpentinas del evaporador de un deshumidificador . La acumulación de hielo puede obstruir el flujo de aire y, con el tiempo, formar un bloque sólido que recubre las serpentinas. ^{[ 6 ]} Esta acumulación impide que el deshumidificador funcione eficazmente y puede causar daños por agua si el agua condensada gotea del hielo acumulado en lugar de caer en la bandeja de recolección. En casos extremos, el hielo puede deformar o distorsionar los elementos mecánicos, causando daños permanentes.

Los deshumidificadores de mejor calidad pueden tener un sensor de escarcha o hielo. Este sensor apaga el aparato y permite que las bobinas cubiertas de hielo se calienten y se descongelen. Una vez descongeladas, el aparato suele reiniciarse automáticamente. La mayoría de los sensores de hielo son simples interruptores térmicos y no detectan directamente la presencia o ausencia de hielo. Un diseño alternativo detecta la obstrucción del flujo de aire y apaga las bobinas de enfriamiento de forma similar.

Ciertos fallos en los deshumidificadores, como la pérdida parcial de refrigerante, pueden provocar la formación repetida de hielo en las bobinas. Esta situación requiere la reparación o sustitución del equipo.

Los deshumidificadores termoeléctricos utilizan una bomba de calor Peltier para enfriar una superficie y condensar el vapor de agua del aire. Su diseño es más sencillo y ofrece la ventaja de ser más silencioso que un deshumidificador con compresor mecánico. Sin embargo, debido a su coeficiente de rendimiento relativamente bajo , este diseño se utiliza principalmente en deshumidificadores pequeños. La acumulación de hielo puede ser un problema, similar a los que se presentan con los deshumidificadores de refrigeración.

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. Dicha diferencia de 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. ^{[ 10 ] [ 11 ]} Esto reduce drásticamente la presión a través de la bomba de vacío, ahorrando energía. Si bien estos sistemas a menudo se denominan "deshumidificación isotérmica por membrana", investigaciones recientes han demostrado que estos sistemas pueden hacerse más eficientes combinándolos con intercambio de calor. ^{[ 12 ]} Dicha 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 ]} . Para estos sistemas, las membranas de lámina plana pueden superar significativamente a las membranas de fibra hueca, ya que la mayor caída de presión de estas últimas proporciona una resistencia significativa para los grandes caudales de aire de los sistemas HVAC modernos ^{[ 15 ]} .

Las membranas selectivas se pueden fabricar inmovilizando un líquido capaz de absorber agua (u otro soluto) dentro de la membrana, denominadas "membranas líquidas soportadas". ^{[ 16 ]} Generalmente, constan de dos capas: una membrana altamente porosa que contiene el líquido absorbente y una capa de retención que impide su escape. Esta capa absorbente les permite comportarse como membranas selectivas, sin necesidad de materiales selectivos sólidos ni poros muy pequeños. Los líquidos que absorben bien el agua ( higroscópicos ) pueden incluir mezclas de glicol o líquidos iónicos.

Una membrana iónica puede utilizarse para introducir o extraer humedad de un recinto sellado, mediante reacciones químicas en lugar de condensación o materiales selectivos. Estos sistemas emplean electrodos y membranas conductoras de protones para eliminar el vapor de agua por _{electrólisis} . En el ánodo, _el H₂O se disocia en protones, O₂ y electrones, donde los protones viajan a través de un material y reaccionan con el oxígeno ambiental en el otro lado para regenerar agua. ^{[ 17 ]}

Quizás los primeros materiales para la deshumidificación mediante electrólisis fueron las membranas de electrolito polimérico sólido (SPE). Este método proporciona un deshumidificador de bajo consumo y funcionamiento continuo 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 en un espacio de 0,2 m³ (7 pies cúbicos) hasta 58 gramos/día en uno 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. Además, el proceso consume muy poca energía eléctrica para funcionar, no requiere piezas móviles, lo que hace que las membranas iónicas sean silenciosas y muy fiables 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 ambientes húmedos.

El SPE consta de un electrolito polimérico sólido conductor de protones y electrodos porosos con una capa catalítica compuesta de partículas de metal noble. ^{[ 18 ]} 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 ser descargados en el lado del cátodo (lado de descarga de humedad) donde reaccionan con el oxígeno del aire, lo que resulta en la descarga de moléculas de agua (vapor). ^{[ 19 ]} El oxígeno se libera del lado deshumidificador, y si se ha introducido una gran cantidad de agua en un recinto hermético, entonces el oxígeno puede acumularse dentro del recinto.