Los desecantes permiten que los aires acondicionados funcionen de manera más inteligente, no más intensa

Jul 13, 2023

Nuevas empresas están explorando formas de enfriar hogares y negocios de manera más eficiente mediante el uso de desecantes en el proceso.

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Los desecantes que eliminan la humedad del aire pueden desempeñar un papel importante en el enfriamiento de nuestros hogares y negocios en el futuro. El aire caliente retiene más humedad que el aire frío. Cuando el aire caliente y húmedo pasa sobre una superficie fría, el exceso de agua se precipita, razón por la cual los aires acondicionados y las bombas de calor tienen desagües.

El cuerpo humano percibe el calor de dos maneras. La primera es la temperatura real del aire y la segunda es la humedad relativa del aire. Nos sentimos más cómodos en un calor de 90ºF si la humedad relativa es del 40% que si es del 90%. Cuando la humedad es alta, tendemos a bajar la temperatura de nuestro aire acondicionado para compensar, pero eso sólo significa que estamos usando más electricidad de la necesaria.

A medida que el mundo se calienta, se espera que se triplique la electricidad necesaria para satisfacer la demanda de refrigeración. La Agencia Internacional de Energía predice que el aire acondicionado consumirá 4000 TWh (no es un error de imprenta) de electricidad para 2050. Esto equivale a toda la electricidad consumida por Estados Unidos en 2022.

Los equipos de aire acondicionado hoy en día hacen dos cosas. Primero, seca el aire entrante. Luego, enfría ese aire más seco. ¿Qué pasaría si hubiera una manera de separar las dos funciones para que el aire se deshumidificara primero antes de que se enfriara? Varias empresas nuevas proponen hacer exactamente eso mediante el uso de materiales conocidos como desecantes. Estiman que hacerlo podría reducir la necesidad de electricidad para enfriar nuestros hogares y negocios entre un 50 y un 80 por ciento. Estos sistemas podrían enfriar de manera más eficiente, incluso en condiciones de calor y humedad extremos, reduciendo la tensión en la red.

Un acondicionador de aire convencional funciona mediante el uso de un compresor para presurizar un gas, que luego se enfría a medida que se expande. Ese enfoque, llamado compresión de vapor, tiene más de 100 años y el diseño básico no ha cambiado mucho desde su invención, dice a MIT Technology Review Ankit Kalanki, gerente del programa de edificios libres de carbono del Rocky Mountain Institute. Bombear refrigerante y comprimirlo lo suficiente como para transportar el calor al exterior requiere mucha energía, especialmente cuando las temperaturas son muy altas.

Mantener un edificio cómodo tiene mucho que ver con mantener un ambiente con baja humedad, dice Kalanki, pero los acondicionadores de aire deben enfriar el aire para extraer la humedad. Sin un sistema designado para combatir la humedad, afirma, los edificios suelen estar “sobreenfriados”, lo que puede suponer una enorme carga energética. Los desecantes podrían ayudar a reducir la demanda de energía al separar el proceso de deshumidificación del proceso de enfriamiento.

¿Conoce esos paquetitos blancos que vienen en la caja de los dispositivos electrónicos nuevos, esos que dicen "¿No comer esto?" Estos son desecantes que mantienen secos los artículos dentro de la caja durante el envío, pero existen otros tipos de desecantes.

Transaera, una empresa derivada del MIT fundada en 2018, está desarrollando un sistema híbrido que utiliza un tipo de material llamado estructuras metalorgánicas. Agregarlo a los acondicionadores de aire convencionales podría permitirles utilizar un 35% menos de energía que los modelos promedio, según el director ejecutivo de Transaera, Sorin Grama.

En su sitio web, la empresa dice: “Utilizamos un novedoso material similar a una esponja que capta la humedad de la atmósfera, lo que permite que nuestro aire acondicionado enfríe el aire de manera más eficiente. Luego utilizamos el calor generado por el aire acondicionado, en lugar de desperdiciarlo, para secar el material para el siguiente ciclo”.

Blue Frontier, con sede en el sur de Florida, tiene un enfoque completamente diferente. Su tecnología de enfriamiento se basa en una solución salina tan concentrada que puede extraer la humedad del aire. Primero, una corriente de aire pasa a través de un canal y sobre una fina capa de desecante, que extrae la humedad del aire. Luego, el aire seco pasa por un paso de enfriamiento por evaporación, que reduce la temperatura del aire.

Básicamente, funciona de la misma manera que el sudor enfría la piel, utilizando lo que los científicos llaman calor de evaporación. En climas áridos como Arizona y Nuevo México, se utilizan enfriadores evaporativos en lugar de aires acondicionados porque la humedad ambiental es muy baja. A veces conocidos como enfriadores de pantano, pueden consumir hasta un 80% menos de electricidad que los aires acondicionados convencionales.

Al combinar el enfriamiento evaporativo con desecantes, el sistema de Blue Frontier puede funcionar prácticamente en cualquier clima, afirma el CTO Matt Tilghman. Sus operaciones se pueden modificar para manejar los cambios en el clima o en el punto de ajuste del termostato, alterando el equilibrio entre enfriamiento y deshumidificación, lo que podría ayudar a desbloquear mayores ganancias de eficiencia. El enfoque de la empresa debería permitir reducir el consumo anual de electricidad entre un 50% y un 80% en comparación con un sistema de aire acondicionado convencional, dependiendo del entorno, afirma Tilghman.

Uno de los mayores obstáculos para el uso generalizado del enfriamiento por desecante es la necesidad de un método para recargar los materiales de manera eficiente. Los desecantes son como esponjas. Sólo pueden absorber una cantidad limitada de agua antes de que sea necesario escurrirlos o regenerarlos. Eso significa que, además de las partes que secan y enfrían el aire, un sistema de enfriamiento por desecante necesita una sección que pueda regenerar el desecante, liberando el agua en otra corriente de aire que a su vez se libera al exterior.

La mayoría de los desecantes se pueden regenerar mediante calentamiento, lo que libera agua del material, pero ese paso puede consumir mucha energía y, a menudo, implica sistemas de calderas que funcionan con combustibles fósiles.

En cambio, Blue Frontier utiliza una bomba de calor para regenerar su desecante. La bomba de calor aumenta la demanda de energía, pero mientras el sistema de refrigeración puede funcionar continuamente durante un caluroso día de verano, el sistema de regeneración puede funcionar por la tarde o durante la noche, cuando hay menos tensión en la red y los precios de la electricidad son más bajos, afirma Tilghman. Compensar la regeneración significará que el sistema de Blue Frontier podría ayudar a reducir la demanda máxima de energía entre un 80% y un 90%.

Blue Frontier tiene dos sistemas de enfriamiento de demostración en funcionamiento, uno en Florida y otro en Canadá. La empresa planea instalar varias docenas más a finales de 2023 y 2024, afirma Tilghman. Se centrará primero en sistemas para edificios comerciales más grandes antes de diseñar sistemas que puedan usarse para casas, condominios y apartamentos. Si bien los sistemas cuestan más que los sistemas de aire acondicionado tradicionales, las facturas de servicios públicos más bajas deberían compensar el mayor costo inicial en un plazo de 3 a 5 años.

El acceso a tecnología de refrigeración eficiente podría ser crucial para ayudar a que más personas vivan y trabajen en entornos seguros sin sobrecargar las redes. "Si nos fijamos en el calentamiento del mundo, en la forma en que aumentan las temperaturas, es necesario que la gente tenga acceso a refrigeración", dice Kalanki. "No es sólo una cuestión de confort térmico o de sensación de productividad, ahora también es una cuestión de equidad".

Si hay una manera de mantener a la gente cómoda sin triplicar la demanda mundial de electricidad, eso sería bueno para todos los humanos. El hecho de que podamos producir electricidad a partir de fuentes renovables no significa que no debamos utilizarla de la manera más eficiente posible.

Steve escribe sobre la interfaz entre tecnología y sostenibilidad desde su casa en Florida o cualquier otro lugar donde la Fuerza lo lleve. Está orgulloso de estar "despertado" y realmente le importa un bledo por qué se rompió el cristal. Cree apasionadamente en lo que dijo Sócrates hace 3.000 años: "El secreto del cambio es centrar toda tu energía no en luchar contra lo viejo sino en construir lo nuevo".

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