Análisis 23: Sistema de aire acondicionado desecante (ciclo Pennington)

Una unidad de climatización por refrigeración evaporativa se modifica agregando una deshumidificación antes del enfriamiento por pulverización de agua. Esta deshumidificación se consigue, como como se muestra en la figura, usando un material desecante, que absorbe agua en un lado de un intercambiador rotatorio de tambor. El desecante se regenera calentando en el otro lado del tambor para conducir el agua fuera. La presión total es de 100 kPa en todas partes, y las propiedades conocidas se reflejan en el diagrama de la instalación.

Calcular:

• Humedad relativa del aire frío suministrado a la habitación en el estado 4

• Transferencia de calor por unidad masa de aire seco que necesita ser suministrada a la unidad de calentamiento.

• Balance energético.

• Balance exergético.

Nota: Las pérdidas de calor estimadas en ambos intercambiadores de calor, desecante y regenerativo, son del 2 %.

Nota: El aporte de calor (proceso 7-8) se consigue con un caudal de 0.5 kg/s de agua caliente a 70 °C, saliendo el agua a 50.6 °C.

La deshumidificación por adsorción es un proceso físico que fija moléculas de un adsorbato (agua, en este caso) sobre la superficie del adsorbente, generalmente porosa y granulada. Los desecantes atraen la humedad del aire al crear un área de baja presión de vapor en la superficie del desecante. La presión parcial del agua en el aire es alta, por lo que las moléculas de agua se mueven del aire al desecante y el aire se deshumidifica. Así, la característica esencial del desecante es su baja presión de vapor superficial. Si el desecante está frío y seco, su presión de vapor superficial es baja y puede atraer la humedad del aire, que tiene una presión de vapor alta cuando está húmedo. Actualmente, los adsorbentes más utilizados son SiO2 (gel de sílice), ClLi (cloruro de litio), Al2O3 (alúmina activada), LiBr (bromuro de litio) y zeolita. Estas sustancias suelen depositarse en una estructura de soporte de fibra de vidrio o aluminio. El aspecto se une a un fino panal. Este proceso es regenerativo porque el material adsorbente, después de saturado por la humedad, libera el agua, cuando se somete a una fuente de calor (desorción). La energía térmica para la regeneración se puede obtener mediante energía eléctrica, vapor de agua o aire caliente.

La adición de un deshumidificador desecante a un sistema de aire acondicionado de enfriamiento por evaporación proporciona un control de humedad separado del control de temperatura. Es especialmente bueno en aplicaciones donde la carga térmica latente es alta en comparación con la carga sensible, o cuando obtienen el máximo en diferentes tiempos. Las aplicaciones habituales son supermercados, centros comerciales, teatros, hospitales, hoteles, y edificios oficiales.

La rueda secadora rotativa es un intercambiador aire-aire rotatorio de contraflujo que se utiliza para transferir calor sensible y latente entre las corrientes de aire de suministro y escape.

Hay diferentes tipos de sistemas, algunos todavía en fase experimental. El sistema de este caso se denomina sistema de aire puro (llamado también ciclo de ventilación), que se ve en la figura, que usa aire ambiental como aire procesado y aire de retorno como aire de regeneración.

Hay dos dispositivos de enfriamiento por evaporación en la entrada del lado del aire de retorno y la salida del lado del aire ambiente, que se utilizan para enfriar y humidificar el aire. Se utiliza un intercambiador de calor sensible para recuperar el calor entre el aire de retorno después del enfriador evaporativo y el aire procesado después de la rueda desecante. Un calentador utilizado para calentar el aire de retorno a la temperatura de regeneración requerida.

Diagrama energético:

Diagrama exergético: