Simulación de Sistemas de Enfriamiento con Desecante para Diferentes Zonas Climatológicas

Abstract

El acondicionamiento del aire es una necesidad para el bienestar psicofisiológico de las personas en cualquier parte del mundo. Es un proceso de tratamiento la carga térmica la cual se define como la cantidad de calor que se debe retirar de un local o vivienda para controlar su ambiente. Esto permite entonces crear y mantener unas determinadas condiciones de temperatura, humedad relativa y pureza del aire en ambientes cerrados. Los niveles de confort definidos por las diferentes reglamentaciones internacionales fijan la temperatura para refrigeración entre 23 y 25°C mientras que la humedad relativa está comprendida entre 45 y 60%. El sistema convencional de refrigeración es el más utilizado en el aire acondicionado es el sistema de refrigeración por compresión. Este sistema se basa en el mecanismo que consiste en la evaporación de un refrigerante y condensación de forma alternada absorbiendo calor en un lugar y disipándolo en otro [2]. El mayor inconveniente de este sistema se debe a su imposibilidad de disociar el control de la carga sensible (variación en la temperatura) y la carga latente (variación en la humedad absoluta del aire). Esto resulta en un excesivo consumo de energía debido al proceso que efectúa. En un primer tiempo se necesitad bajar la temperatura del aire tratado hasta llegar su punto de roció lo que permite reducir la cantidad de vapor de agua que contiene. Después es necesario recalentar ese aire con el uso de bobinas eléctricas para alcanzar la temperatura deseada al momento de introducir ese aire en el local acondicionado. Sin embargo en la sociedad actual, donde la mayoría de la energía generada depende del uso de combustibles fósiles las cuales se están agotando, contribuyen a la contaminación atmosférica y el calentamiento global, es necesario encontrar en paralelo formas de producir la energía a partir de fuentes renovables y avanzar en la eficiencia energética con el fin de reducir drásticamente su consumo. Hoy en día existen diferentes unidades de tratamiento del aire (UTA) que permiten el control de la temperatura y la humedad de forma independiente lo que permite un ahorro energético muy importante. Uno de estos sistemas es conocido como sistema de enfriamiento con rueda desecante. El material desecante el más usado es el silica gel (debido a su bajo coste y temperatura de regeneración) y consiste en una sustancia higroscópica capaz de atraer la humedad del aire [3]. El proceso realizado implica que el aire exterior pasa por la rueda desecante y éste se deshumecta y se calienta, debido a que en el proceso de sorción se libera una energía denominada calor de adsorción. Como el objetivo es refrigerar, existen otros dispositivos en la UTA capaces de disminuir la temperatura del aire y llevarla a las condiciones de impulsión requeridas, como son: una rueda sensible, una bobina de refrigeración y/o un enfriador evaporativo. En este trabajo investigativo se llevó a cabo el análisis y simulación de un sistema de enfriamiento con rueda desecante en zonas climáticas espaciadas geográficamente y con particularidades climáticas propias. Por lo tanto se seleccionó a la ciudad de la Habana (Cuba) la cual tiene una temperatura promedio anual elevada a lo largo del año con un nivel de humedad absoluta elevada y constante. El segundo lugar corresponde a la Isla de Pascua (Chile) la cual tiene un nivel de humedad elevado todo el año pero con temperaturas anuales más bajas. El último lugar seleccionado fue la ciudad de Barcelona (España) de la cual se distingue por dos periodos marcados, a saber, un periodo con temperaturas bajas (otoño/invierno) con humedad absoluta baja y otro periodo con temperaturas y humedad absoluta más altas (primavera/verano). La idea fue entonces demostrar la viabilidad de su uso en climas húmedos como el área del mediterráneo o climas tropicales donde se puede obtener un importante ahorro energético mediante el comparativo entre este sistema y un sistema convencional. Se pudo observar que el sistema de enfriamiento con rueda desecante es viable y recomendable de un punto de vista tecnico y ambiental. Sin embargo se comprobo que el ahorro energetico es fuertemente dependiente de la reducción del uso del calentador electrico auxiliar. Obtenemos entonces un ahorro energetico del +19.38% en la Habana, +37.82% en Barcelona pero en el caso de la Isla de Pascua de -8.94% debido a las bajas radiaciones solares y por lo tanto un importante uso del calentador electrico auxiliar. También se realizó un estudio económico y ambiental para averiguar las posibilidades de ahorro que se pueden conseguir durante un periodo definido previamente y la reducción de las emisiones de CO2 producidas de forma indirecta. Se comprueba en el caso de Barcelona y la Habana un retorno sobre inversión inicial de solamente 3 y 4 años respectivamente junto con una importante reducción de las emisiones al atmosfera de dioxido de carbono.