Esta humedad

Jul 29, 2023

Los desecantes que extraen agua del aire podrían ayudar a enfriar los edificios de manera más eficiente

Un sorprendente conjunto de materiales pronto podría ayudar a fabricar aires acondicionados más eficientes que no sobrecarguen la red eléctrica en los días calurosos.

A medida que el calor extremo continúa batiendo récords en todo el mundo, se espera que la demanda de electricidad para aire acondicionado se triplique en las próximas décadas: un aumento de alrededor de 4.000 teravatios-hora entre 2016 y 2050, según la Agencia Internacional de Energía, o aproximadamente la misma cantidad. demanda de electricidad que toda la red eléctrica de EE. UU. en 2022.

Por eso la carrera por construir aparatos de aire acondicionado más eficientes se ha vuelto cada vez más urgente. Mientras que algunas empresas se centran en mejorar los diseños existentes, otras buscan sistemas completamente nuevos que utilicen materiales llamados desecantes. 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 típico enfría los espacios interiores bombeando un refrigerante en un ciclo y a través de intercambiadores de calor, absorbiendo el calor del aire interior y liberándolo al exterior. (Las bombas de calor funcionan de la misma manera, ya sea funcionando en la dirección opuesta o en sistemas reversibles que pueden calentar y enfriar).

Ese enfoque, llamado compresión de vapor, tiene más de 100 años y el diseño básico no ha cambiado mucho desde su invención, dice Ankit Kalanki, gerente del programa de edificios libres de carbono en el Rocky Mountain Institute, un grupo de expertos en energía sin fines de lucro. . Bombear refrigerante y comprimirlo lo suficiente como para transportar el calor al exterior requiere mucha energía, especialmente cuando las temperaturas son muy altas.

Las bombas de calor podrían ayudar a abordar el cambio climático y ahorrarle dinero. Así es como funcionan.

Los sistemas de compresión de vapor también tratan juntos la humedad y el calor, lo que constituye otro inconveniente. Mantener un edificio cómodo tiene mucho que ver con mantener un ambiente de 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 sistemas que abordan la deshumidificación y la refrigeración por separado podrían mantener temperaturas cómodas en los edificios con menos energía y permitir una mayor flexibilidad en diferentes entornos. Y un número cada vez mayor de empresas emergentes están recurriendo a desecantes para lograr precisamente eso.

Los desecantes son materiales que absorben la humedad. Las perlas de sílice en esos pequeños paquetes que acompañan a bolsos y zapatos nuevos son un tipo de desecante, diseñado para mantener secos los productos mientras se envían a todo el mundo.

Se podrían agregar otros tipos de desecantes a los diseños existentes de acondicionadores de aire, absorbiendo agua del aire y reduciendo la energía necesaria para mantener las habitaciones cómodas. Transaera, una empresa derivada del MIT fundada en 2018, está desarrollando un sistema híbrido que utiliza un tipo de material llamado estructuras metalorgánicas. Agregar los materiales a los acondicionadores de aire basados ​​en compresión de vapor podría permitir que el sistema de la compañía utilice un 35% menos de energía que los modelos promedio, según el director ejecutivo de Transaera, Sorin Grama.

Pero otras empresas están buscando utilizar desecantes en sistemas de refrigeración que reemplazarían por completo a los acondicionadores de aire tradicionales. La startup Blue Frontier, con sede en Florida, por ejemplo, está utilizando desecantes líquidos para construir sistemas de refrigeración. El ingrediente clave es diferente de las perlas de sílice en los envases de zapatos, pero la comparación es común: "Lo entendemos mucho", dice Matt Tilghman, cofundador y director de tecnología de la empresa.

En lugar de pequeñas perlas de sílice, la tecnología de enfriamiento de Blue Frontier se basa en una solución salina tan concentrada que puede extraer la humedad del aire.

Así es como funciona el sistema de enfriamiento de Blue Frontier: 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 ahora seco pasa por un paso de enfriamiento por evaporación, que reduce la temperatura del aire (básicamente de la misma manera que el sudor enfría la piel).

En la etapa de enfriamiento por evaporación, el aire se divide en dos corrientes. Se pasa corriendo por una fina capa de agua, que absorbe energía y hace bajar la temperatura del aire. Ese aire más frío y húmedo se utiliza para enfriar una superficie metálica, que a su vez absorbe calor de la otra corriente de aire aún seco. El aire húmedo se canaliza hacia el exterior y el aire fresco y seco se introduce en el edificio.

La evaporación es un método de enfriamiento eficiente, que se emplea en dispositivos de bajo costo llamados enfriadores de aire (también conocidos como enfriadores de pantano o enfriadores evaporativos), que pueden consumir un 80% menos de electricidad que los acondicionadores de aire estándar. Estos dispositivos suelen añadir humedad al aire para enfriarlo, lo que sólo funciona cuando se empieza con aire seco, por lo que su uso suele limitarse a entornos secos, como el suroeste de Estados Unidos.

Al combinar el enfriamiento evaporativo con desecantes, el sistema de Blue Frontier puede funcionar prácticamente en cualquier clima, dice 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.

Los desecantes líquidos a veces se utilizan hoy en día para deshumidificar almacenes o fábricas que necesitan mantener controles estrictos sobre la humedad en el aire, como en la fabricación de productos farmacéuticos o electrónicos. Pero no se han utilizado ampliamente en refrigeración, en parte porque son caros. Un estándar de la industria, el cloruro de litio, ha estado sujeto a aumentos de precios y limitaciones de suministro debido a la demanda del mismo en baterías de iones de litio. Los materiales también pueden ser corrosivos. (Blue Frontier está utilizando un nuevo desecante que debería abordar esas preocupaciones, dice Tilghman).

Uno de los mayores obstáculos para el enfriamiento generalizado con desecante ha sido la necesidad de un método para recargar los materiales de manera eficiente. Los desecantes son como esponjas: pueden absorber una cantidad limitada de agua antes de que sea necesario escurrirlos o regenerarlos.

Entonces, 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%.

Otras nuevas empresas buscan deshacerse por completo de la necesidad de calefacción. Zephyr, con sede en Boston, espera utilizar membranas para filtrar el agua de los desecantes líquidos y regenerarlos, similar al proceso utilizado para extraer la sal del agua en las instalaciones de desalinización.

Zephyr demostró partes de su sistema en julio y planea ensamblar un prototipo de sistema de enfriamiento a escala de laboratorio a finales de este año. Su dispositivo de enfriamiento desecante podría consumir alrededor de un 45% menos de electricidad que los mejores acondicionadores de aire por compresión de vapor del mercado actual, dice Jacob Miller, cofundador y director de tecnología de Zephyr.

Blue Frontier tiene dos sistemas de refrigeración de demostración en funcionamiento, uno en Florida y otro en Canadá, y la compañía tiene planes de instalar varias docenas más a finales de 2023 y 2024, afirma Tilghman.

Ambas nuevas empresas se están centrando primero en sistemas para edificios comerciales más grandes, pero más adelante los sistemas podrían adaptarse para casas e incluso apartamentos individuales, afirma Tilghman. Los primeros sistemas de Blue Frontier serán más caros que los aires acondicionados existentes al principio, añade, aunque deberían poder compensarlo con ahorros de energía en un plazo de tres a cinco 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".

El litio y otros metales clave están dando forma al futuro de la tecnología de baterías.

Tres libros que abordan el papel de los humanos en la restauración de los ecosistemas naturales.

Conozca a las nuevas empresas que quieren construir dirigibles, dirigibles y globos aerostáticos futuristas.

Los científicos de la startup Sublime Systems quieren solucionar una de nuestras mayores pesadillas climáticas.

Descubra ofertas especiales, noticias destacadas, próximos eventos y más.

¡Gracias por enviar tu correo electrónico!

Parece que algo salió mal.

Estamos teniendo problemas para guardar sus preferencias. Intente actualizar esta página y actualizarla una vez más. Si continúa recibiendo este mensaje, comuníquese con nosotros a [email protected] con una lista de los boletines que le gustaría recibir.