Humidificación adiabática
octubre 17, 2021
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Humidificación isotérmica

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¡Bienvenidos técnicos de climatización!

En esta ocasión nos toca analizar los humidificadores isotérmicos, que aumentan la humedad ambiental mediante la producción de vapor caliente. A diferencia de los humidificadores adiabáticos, que vimos en este artículo, los humidificadores de vapor no enfrían el aire. El enfriamiento que se produciría por el aporte de humedad es compensado por el calor del vapor, que se encuentra a más de 100 ºC. El resultado final es que la humectación se produce prácticamente de manera isoterma, pues al final se aporta al aire una carga sensible y latente simultánea.

1. FUNCIONAMIENTO DE LA HUMIDIFICACIÓN ISOTÉRMICA

Consiste en humectar el aire mediante vapor de agua a alta temperatura sin variar prácticamente la temperatura del aire. Desde el punto de vista psicrométrico, el vapor no genera ningún enfriamiento sensible en el aire, como si ocurre cuando aportamos agua líquida al aire. No obstante, como el vapor se encuentra habitualmente a una temperatura de entre 100 y 120 ºC, dependiendo de la cantidad aportada al aire, es posible que lo calentemos ligeramente.

El humidificador por vapor consume mucha menos agua que los de agua recirculada y, además, tiene ventajas sanitarias, eliminando por completo el riesgo de Legionella, una bacteria que prolifera en aguas templadas almacenadas en depósitos y que produce graves enfermedades respiratorias.

Podemos analizar este proceso en el diagrama psicrométrico, por ejemplo empleando el software SICRO de ATECYR. En la Figura 1 se muestra la trayectoria que debería seguir el aire que se humecta mediante vapor.

Figura 1. Proceso de humidificación por vapor en el diagrama psicrométrico.

El aumento de humedad y entalpía que consigamos en el aire dependerá directamente del caudal de vapor que proporcione el equipo. Veamos un ejemplo.

EJEMPLO

En un equipo humectador se mezclan 3.000 m3/h de aire con 25 kg/h de vapor de agua a 100 ºC. Calcular las condiciones de salida del aire y la potencia térmica aportada.

Figura 2. Esquema de funcionamiento del humidificador isotérmico.

Solución:

En primer lugar identificamos el punto de entrada (1) en el diagrama psicrométrico:

  • Ts1 = 22 ºC
  • H.R1 = 30 %
  • Th1 = 12,3 ºC
  • w1 = 4,9 g w/kg as
  • v1 = 0,8427 m3/kg as
  • h1 = 34,6 kJ/kg as

Calculamos el caudal másico de aire:

Siendo:

(kg as/s), el caudal másico de aire seco que circula a través del equipo.

(m3/s), el caudal volumétrico del aire a la entrada del equipo.

(m3/kg as), el volumen específico del aire a la entrada del equipo.

El aumento de humedad que consigamos en el aire dependerá directamente del caudal de vapor que proporcione el equipo:

Ya tenemos la humedad absoluta en el punto de salida (2):

Podemos saber también la entalpía del punto 2, ya que será la suma de la entalpía en el punto 1 más la entalpía del vapor:

Siendo λw (kJ/g w), el calor latente de vaporización del agua. Varía con la temperatura y puede calcularse como 2,5 + 0,0019∙Tw (kJ/g w).

Sabiendo h2 y w2 podemos despejar el punto 2:

  • Ts2 = 23 ºC
  • H.R2 = 68 %
  • Th2 = 18,8 ºC
  • w2 = 11,9 g w/kg as
  • v2 = 0,8551 m3/kg as
  • h2 = 53,43 kJ/kg as

Se puede ver que el aire se calienta solo 1 ºC en el proceso de humectación. A pesar de no ser un proceso isotermo, el aumento de calor sensible es muy bajo en relación al aumento de calor latente.

La potencia térmica es:

La potencia térmica aportada al aire es casi toda de tipo latente, existiendo un leve aporte de calor sensible. La Figura 3 muestra el proceso de humectación en el diagrama psicrométrico.

Figura 3. Representación del proceso de humectación isotérmica.

2. HUMIDIFICADORES ISOTÉRMICOS COMERCIALES

Una vez estudiados los principios psicrométricos de los humidificadores isotérmicos, vamos a ver qué opciones comerciales encontramos en el mercado. Para ello vamos a consultar el catálogo de Pecomark, donde podemos ver algunos sistemas de humidificación isotérmica.

Vamos a centrarnos en los equipos de producción de vapor eléctricos, entre los que encontramos los siguientes:

  • Electrodos sumergidos
  • Resistencias eléctricas

Los humidificadores de vapor por electrodos sumergidos funcionan mediante la creación de un arco eléctrico entre dos electrodos sumergidos en agua, generándose una elevada corriente eléctrica que aporta al agua el calor suficiente para su evaporación (Figura 4).

Figura 4. Humidificador de vapor por electrodos CAREL Humisteam UE005XD000.

Como consecuencia de la evaporación del agua del depósito habrá que reponer el agua de manera continuada. Además, puesto que la concentración de sales minerales irá aumentando a medida que se evapora el agua del recipiente, se deben realizar purgados automáticos periódicamente para diluir y mantener el agua en niveles de salinidad adecuados.

Los humidificadores de electrodos son una solución económica para humectar los recintos. Además, pueden funcionar con agua potable sin necesidad de desmineralización o descalcificación, aunque habrá que realizar limpiezas periódicas del recipiente.

Por otro lado, tenemos los humidificadores de vapor por resistencias eléctricas, que permiten la evaporación del agua con una gran precisión de control (Figura 5). Aunque es recomendable para reducir las tareas de mantenimiento, no requieren del empleo de agua descalcificada y desmineralizada, pero la dureza y conductividad deben estar por debajo de ciertos valores máximos.

Figura 5. Humidificador de vapor por resistencias CAREL Heatersteam UR004HD101.

Cuando se requiere un muy buen control y modulación del aporte de humedad, por ejemplo en museos, laboratorios o quirófanos, los humidificadores por resistencias presentan ventajas respecto a los de electrodos, aunque el coste de estos es generalmente superior.

Para finalizar, podemos concluir que los sistemas de humidificación por vapor son el medio más adecuado a emplear cuando necesitamos humectar el aire de un recinto sin bajar su temperatura y garantizando unas adecuadas condiciones higiénico-sanitarias, así como un control preciso de la humedad relativa.

Esperamos que os haya gustado el artículo y que sirva de complemento para conocer mejor los equipos de humidificación isotérmica.

¡Un saludo!

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