Análisis 34: Sistema desecante mediante ciclo Pennington

Un sistema de refrigeración con desecante (ciclo Pennington) está formado por los siguientes elementos:

Las variables de funcionamiento se presentan en la figura anterior:

Condiciones en la entrada: temperatura del bulbo seco 31.5 °C, humedad relativa 32.9 %.

Condiciones de confort: Temperatura del bulbo seco 25°C, humedad relativa 60 %.

Caudal másico de aire: 0.8 kg/s

Caudal másico de agua en la fuente de calor (proceso 7-8): 0.31 kg/s

Condiciones en la fuente de calor: Entrada a 70 °C y salida a 50.6 °C

Pérdida de calor en secador desecante rotativo del 2 %

Pérdida de calor en intercambiador regenerativo del 2 %

Presión: 101.325 kPa (nivel del mar)

Determinar:

a) Caudales de agua en ambos enfriadores evaporativos

b) Temperatura del agua en ambos enfriadores evaporativos

c) Eficiencia de ambos enfriadores evaporativos

d) Factor CSHF en ambos enfriadores evaporativos

e) Irreversibilidad en los equipos

f) Estado termodinámico en cada punto de la instalación

g) Eficiencia exergética de cada equipo

h) Factor RSHF (room sensible HF)

i) Carga térmica del local a refrigerar

j) Capacidad de refrigeración de la instalación

k) Eficacia del secador desecante rotativo

l) Eficacia del intercambiador regenerativo

m) Eficacia del intercambiador fuente de calos (aire-agua)

n) Balance energético

o) Balance exergético

Esta figura muestra el clásico ciclo de Pennington. Vemos como en el estado 1 entra el aire exterior, pasando por la rueda desecante, donde se elimina la humedad y la temperatura de la corriente aumenta debido al calor de sorción. El aire, tras pasar por el material desecante, está más seco y más caliente, debido a la conversión del calor latente del aire en calor sensible, la liberación del calor de sorción y la transferencia de calor del lado de regeneración al lado de proceso (aunque esto en principio no debería ocurrir debido a la adiabaticidad de las dos secciones, en la práctica es algo habitual). Este aire ha de ser enfriado para reducir el contenido de energía sensible.

El aire al salir de la rueda desecante se enfría de manera sensible en un intercambiador de calor regenerativo, sin variar su contenido en humedad, para posteriormente seguir su enfriamiento en un enfriador evaporativo. El estado de impulsión es el 4, que es el estado final de la corriente proceso. Paralelamente encontramos la corriente de regeneración cuyo punto inicial es el punto 5. Inicialmente, la corriente pasa por otro enfriamiento evaporativo, siendo humedecido y enfriado. El aire es sensiblemente calentado en el intercambiador de calor regenerativo, de forma que se consigue preenfriar la corriente de proceso y precalentar la corriente de regeneración. Después pasa por la fuente de calor (proceso 7-8), unidad destinada al calentamiento de la corriente de aire que permite regenerar el desecante, empleando esta unidad agua caliente que entra a 70 °C. Finalmente el aire es descargado en el punto 9.

La gran ventaja de este sistema es que la fuente de calor (proceso 7-8) puede apoyarse en una fuente de energía solar térmica o mediante calefacción u otros tipos de calor residuales. Esto lo hace especialmente interesante, a la hora de reducir los picos diarios de electricidad causada por los sistemas convencionales de aire acondicionado. Aunque es cierto que este es el proceso más crítico de todo el conjunto, y penaliza irremediablemente el rendimiento del sistema.

Presentan la gran ventaja de mejorar la calidad del aire, pues con esta tecnología se usa normalmente corrientes de aire provenientes del exterior lo que aumenta la ventilación del lugar. Además es habitual que el material desecante elimine también otras partículas nocivas. Sin embargo, se necesita un mantenimiento constante, pues pueden quedar en la superficie de la rueda sustancias perjudiciales para el rendimiento de la misma.