211service.com
Un acondicionador de aire que ahorra energía
Mantener el aire fresco en hogares y oficinas este verano será costoso: aproximadamente el 5 por ciento de la energía que se usa en los Estados Unidos cada año se destina a los acondicionadores de aire en funcionamiento. Pero los investigadores del Laboratorio Nacional de Energía Renovable de EE. UU. (NREL) en Golden, CO, han ideado un nuevo diseño de aire acondicionado que, según dicen, aumentará drásticamente la eficiencia y eliminará los gases que contribuyen al calentamiento global.
Funcionamiento fresco: Eric Kozubal, ingeniero senior de NREL, examina un prototipo de canal de flujo de aire del acondicionador de aire DEVap. El gráfico muestra cómo el aire caliente y húmedo (en rojo) se convierte en aire seco y frío (en azul) a medida que el aire pasa a través del sistema.
La tecnología que tenemos hoy tiene casi cien años, dice Eric Kozubal, ingeniero senior de NREL. Kozubal y sus colegas han creado un acondicionador de aire que combina el enfriamiento por evaporación con un material que absorbe agua para proporcionar aire fresco y seco mientras usa hasta un 90 por ciento menos de energía. El acondicionador de aire evaporativo mejorado con desecante, o DEVap, está destinado a abordar la vieja queja, no es el calor; es la humedad, de manera más eficiente.
El enfriamiento por evaporación (soplando aire a través de una superficie húmeda para promover la evaporación) se ha utilizado durante mucho tiempo en los llamados enfriadores de pantano. Un método llamado enfriamiento evaporativo indirecto mejora este diseño, dividiendo el aire en dos corrientes, separadas por una membrana de polímero. El agua pasa a través de una corriente de aire, haciéndola más fría y húmeda; el aire frío enfría la membrana, que a su vez enfría el aire del otro lado sin agregar agua.
Pero el aire solo puede contener una cantidad limitada de vapor de agua, por lo que en climas húmedos el efecto es limitado. En un día de 32 ºC en Houston, dice Kozubal, el enfriamiento por evaporación solo puede reducir la temperatura a unos 27 ºC. Idealmente, para proporcionar un edificio confortable, un acondicionador de aire debería enfriar el aire a 13 o 16 ºC.
NREL supera el problema de la humedad agregando otro paso, el uso de un material conocido como desecante que absorbe la humedad. NREL usa un desecante líquido, una solución almibarada de cloruro de litio o cloruro de calcio, aproximadamente 44 por ciento de sal por volumen. En esta configuración, otra membrana separa el desecante del aire que viaja a través de un canal. La membrana de polímero tiene poros de aproximadamente 1 micrómetro a 3 micrómetros de diámetro, lo suficientemente grandes como para que el vapor de agua pase fácilmente mientras el líquido salado permanece en su lugar. La membrana también está recubierta con una sustancia similar al teflón para repeler el agua líquida. El desecante extrae la humedad de la corriente de aire y deja aire seco y cálido. Luego se vuelve al enfriamiento evaporativo indirecto: en un segundo canal, el agua se evapora para enfriar una corriente de aire secundaria, que a su vez enfría la primera corriente de aire, y sale aire frío y seco.
Creo que es muy prometedor, dice Anthony Jacobi, codirector del Centro de Aire Acondicionado y Refrigeración de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign. No creo que la idea de integrar estas tecnologías sea muy nueva. Hacerlo con éxito puede serlo.
Lo nuevo, dice Kozubal, es un diseño que logra fusionar el enfriamiento por evaporación y el secado por desecante en un sistema rentable. Hace que este tipo de aire acondicionado sea viable para procesos de enfriamiento comerciales y residenciales, dice.
La industria está trabajando en una variedad de métodos para mejorar la eficiencia del aire acondicionado, dice Jacobi, desde el uso de intercambiadores de calor hasta mejoras en los sistemas de compresión de las máquinas tradicionales. Es un área de gran importancia para la nación, porque aproximadamente un tercio del uso de energía de nuestra nación se realiza en edificios.
EE. UU. Utiliza alrededor de 100 billones de unidades térmicas británicas cada año, según la Administración de Información de Energía de EE. UU. Hasta el 40 por ciento de eso se usa en edificios, y alrededor del 5 por ciento se destina al aire acondicionado. Kozubal dice que su sistema podría reducir eso a la mitad en áreas menos húmedas y hasta en un 90 por ciento donde la humedad es alta. Cuando se habla de una tecnología que puede ahorrar del 2 al 3 por ciento de todo el suministro de energía del país, eso es bastante, dice.
El desecante utilizado en el sistema es relativamente inofensivo (el cloruro de calcio se utiliza en la sal para carreteras), aunque su corrosividad requiere que se elimine el metal del hardware. Lo que es particularmente atractivo es que reemplaza los clorofluorocarbonos que se utilizan como refrigerante en los acondicionadores de aire tradicionales. Esos CFC pueden filtrarse fácilmente, y cada kilogramo de ellos produce el mismo efecto de gas de invernadero que unos 2000 kilogramos de dióxido de carbono.
Kozubal dice que podría llevar unos cinco años desarrollar el sistema hasta un punto en el que NREL pueda entregarlo a la industria para su comercialización. El sistema está diseñado para reemplazar los sistemas existentes sin muchos cambios, por lo que podría implementarse gradualmente a medida que las personas actualicen sus viejos acondicionadores de aire.
El desecante se puede reutilizar simplemente calentándolo para que hierva el agua que ha absorbido. En un entorno industrial, eso podría hacerse utilizando el calor residual de otro proceso industrial. En el hogar, funcionaría el gas natural o la energía solar. De hecho, dice Kozubal, la configuración podría hacer que los sistemas de energía solar térmica, que absorben la luz solar para calentar una casa y su agua, sean más rentables. Durante los calurosos días de verano, la energía solar que de otro modo se desperdiciaría podría ayudar a mantener fresco un edificio.