El proceso de enfriamiento adiabático, denominado también enfriamiento evaporativo, se usa principalmente en procesos industriales, aunque también tiene una importante presencia en sistemas de climatización en edificación.
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Este principio se aplica en muchos procesos de transmisión de calor y aplicaciones físicas donde se considera que el sistema no intercambia energía con el entorno. A modo de ejemplo, son considerados procesos adiabáticos, aquellos en los que se produce la expansión o compresión de un gas en el interior de un cilindro, así como los procesos de ensayo para determinar el poder calorífico de un combustible, ya que toda la energía del combustible se transfiere al fluido o compuesto que hay dentro del equipo de ensayo.
Aplicación en edificios y climatización
El enfriamiento adiabático es un proceso físico mediante el cual se produce el enfriamiento del aire mediante la evaporación de agua previamente añadida. Para conseguir la evaporación de agua en la corriente de aire, lo más habitual es la pulverización directa de microgotas de agua o vapor, existiendo otros sistemas alternativos como el uso de paneles húmedos que son atravesados por la corriente de aire. La consecuencia de todos estos sistemas es la misma: una disminución de su temperatura seca y un aumento de la humedad absoluta y relativa.
Los procesos de enfriamiento adiabático en climatización pueden encontrarse aplicados al aire de aportación, lo que se denomina enfriamiento adiabático directo, o bien aplicados a sistemas de doble flujo con recuperador de calor, enfriando el aire de extracción previamente a su paso por el intercambiador de calor, en tal caso se denomina enfriamiento adiabático indirecto.
En ambos caso el funcionamiento suele ser el siguiente:
- El aire seco a su paso por el climatizador atraviesa la sección de humidificación en la que se produce el aporte de agua mediante lanzas de vapor, o paneles húmedos.
- El incremento en el nivel de humedad por encima del nivel de saturación del aire, sumado a la circulación de aire seco, provoca la evaporación directa de las microgotas de agua líquida.
- La energía para producir esta evaporación se obtiene de la corriente del aire que, como consecuencia, produce el enfriamiento de éste y un aumento de la humedad, tal como hemos mencionado anteriormente.
El consumo de energía de estos sistemas es, por lo tanto, muy bajo, ya que solo existe consumo en los ventiladores utilizados para el trasiego del aire, y de las pequeñas bombas necesarias para recircular el agua de refrigeración. En cambio en los sistemas de climatización convencionales el enfriamiento se basa en el uso de máquinas frigoríficas dotadas de compresores frigoríficos con un elevado consumo de energía eléctrica.
El proceso de enfriamiento adiabático, que conlleva un consumo de energía prácticamente nulo, permite conseguir enfriamientos del aire entre 2 ºC y 10 ºC. No obstante, el enfriamiento producido con un sistema adiabático depende de las condiciones higrométricas del aire y de la temperatura del agua.
Qué hay que tener en cuenta
El parámetro más limitante es la humedad relativa del aire a enfriar. Cuanto mayor sea la humedad relativa del aire de entrada, menor será el potencial de enfriamiento del sistema. Por ese motivo, el funcionamiento idóneo de este tipo de sistemas de climatización se da en zonas secas y con altas temperaturas, normalmente, las más alejadas de la costa.
Tras el proceso de adición de humedad, el aire resultante tiene una elevada humedad relativa, lo que hace que el sistema no sea recomendable en aquellas instalaciones en las que sea necesario garantizar un cierto nivel de humedad. Este es el caso de museos, bibliotecas, en las que los elementos y objetos del interior del edificio tienden a captar mucho la humedad (por ejemplo, libros).
Los procesos de enfriamiento adiabático indirecto suelen encontrarse integrados en unidades de tratamiento de aire (UTA). En estas unidades se integra un rociador de agua o generador de vapor en el aire de extracción, previamente a su paso por el intercambiador de calor, elemento fabricado en placas de aluminio. El descenso de la temperatura de aire conseguido se traduce en un aumento de la eficiencia del recuperador y de la potencia térmica recuperada.
Estos rociadores inyectan sólo el agua necesaria para enfriar el aire de extracción de la instalación antes de que este aire penetre al recuperador. Este diseño busca que no se produzca excesiva acumulación de agua en la zona baja del recuperador. Un equipo de enfriamiento evaporativo integrado en una UTA permite recuperar energía en modo de calor y en modo de frío, junto con el enfriamiento de bajo consumo energético que conlleva el proceso.
Equipos de enfriamiento evaporativo
Los equipos de enfriamiento evaporativo también pueden instalarse de forma autónoma para enfriar aire sin que exista una UTA. En este caso, los sistemas se colocan normalmente en la cubierta y enfrían el aire antes de introducirlo en la estancia. Este uso es típico para grandes espacios o en instalaciones deportivas, como polideportivos o canchas cubiertas, donde no es necesario un excesivo nivel de refrigeración. Así pues, de forma casi gratuita, obtenemos un enfriamiento de unos pocos grados que mejora mucho la sensación de confort de los usuarios.
En usos domésticos, estos equipos se pueden encontrar en forma autónoma en equipos portátiles que pueden desplazarse a diferentes estancias para enfriarlas mediante el uso de un ventilador y agua fría contenida en un depósito.
Seguridad
En cuanto a la seguridad de estos dispositivos, el único riesgo reside en controlar que no se produzca una proliferación de legionela. Esta bacteria produce la infección en los humanos cuando el agua contaminada se pulveriza en forma de aerosol. Esto puede controlarse de forma sencilla mediante un simple proceso de cloración del agua y adición de otras sustancias específicas además de un elevado control del mantenimiento de los equipos.
Ejemplo de enfriamiento evaporativo
Un ejemplo de sistema de enfriamiento evaporativo aplicado a un gran espacio es el de la estación de Atocha, en Madrid, donde se consigue enfriar el aire interior mediante la pulverización de agua en una zona vegetada. De este modo, las plantas se ven beneficiadas por la adecuada humedad relativa y se consigue una mejora en la calidad global del aire en el interior.
