Una solución atractiva que asegura una apropiada renovación del aire interior

La climatización de grandes espacios con cargas internas elevadas no resulta económicamente viable por medios convencionales basados en sistemas de compresión mecánica de un refrigerante. Los sistemas evaporativos, de gran simplicidad y mínimos costes energéticos, se presentan como una solución más atractiva en estos casos, que además asegura una apropiada renovación del aire interior.

Las tecnologías más simples que el ser humano ha desarrollado basándose en este fenómeno son conocidas como “enfriamiento evaporativo directo”. En ellas, se aprovecha el propio aire en el que se produce la evaporación del agua. Se trata de técnicas baratas y sencillas de implementar, en las que se busca favorecer el contacto entre el aire y el agua, bien por pulverización o mediante superficies humedecidas. Esta última opción permite evitar la generación intrínseca de aerosoles, aunque incurre en una pérdida de carga a vencer por los ventiladores, así como en la necesidad de reposición de los medios de humectación utilizados.

En el enfriamiento evaporativo directo, la mínima temperatura a la que se puede enfriar el aire se corresponde con su temperatura de bulbo húmedo (Figura 2.a). Puesto que se trata de un intercambio de calor y masa entre el agua y el aire, la temperatura de bulbo seco del aire disminuye aproximándose a la de bulbo húmedo a la vez que aumenta su ratio de humedad (kg_vapor/kg_{aire seco}). Por lo tanto, la impulsión de aire enfriado de esta forma, introduce carga latente al local.

Las máximas humedades relativas recomendables en los espacios acondicionados pueden limitar la aplicación del enfriamiento evaporativo directo. Frente a esto surge el llamado “enfriamiento evaporativo indirecto”, en el que el aire a acondicionar es enfriado de forma sensible en un intercambiador de calor con una corriente de aire secundaria en la que se produce el enfriamiento evaporativo. Así, la temperatura del aire impulsado al local puede acercarse idealmente hasta la temperatura de bulbo húmedo (Figura 2.b) pero sin incrementar su contenido en humedad (kg_vapor/kg_{aire seco}).

Aplicaciones típicas del enfriamiento evaporativo son:

• Naves industriales.
• Invernaderos.
• Granjas de ganadería intensiva.
• Almacenamiento de productos agrícolas.

La climatización de grandes espacios como los anteriores suele basarse en la simple ventilación natural. Sin embargo, en muchas climatologías esta es a menudo insuficiente para alcanzar unas condiciones interiores aceptables, pero a la vez el uso de sistemas convencionales de compresión mecánica implica costes inviables. La atención se vuelve entonces hacia los sistemas evaporativos.

El uso de sistemas directos o indirectos en el sector industrial puede aplicarse a áreas enteras o a zonas específicas. El acondicionamiento de grandes áreas es preferible en aquellos casos en los que el personal se mueve por todo el espacio y no está sometido a cargas térmicas puntuales elevadas, especialmente radiantes; por el contrario, en los casos en los que los trabajadores se concentran en áreas concretas o están sometidos a fuentes térmicas elevadas, resulta conveniente trabajar con un enfriamiento puntual de esa zona. En ambos casos, debe distribuirse el aire por debajo de 3 metros de altura, a fin de asegurar que alcanza a la zona ocupada. Deben ajustarse las rejillas de impulsión para descargar el aire por encima de las cabezas de los trabajadores y no directamente sobre ellos. Además, los sistemas evaporativos pueden trabajar en modo solo ventilación durante el invierno y en período interestacional.

El enfriamiento de los espacios industriales no es necesario solo para el bienestar, la salud y productividad de los trabajadores, sino también para el correcto funcionamiento de ciertos equipos como generadores eléctricos o grandes motores. En estos casos también puede operarse impulsando el aire enfriado evaporativamente a toda el área o dirigido hacia el equipo objeto; en el caso de trabajar con sistemas evaporativos directos conforme a esta última opción, debe vincularse su funcionamiento al del equipo para evitar que impulse aire próximo a saturación durante períodos de parada o cuando los equipos aún están fríos.

Por otro lado, ciertos procesos industriales como la fabricación de textiles, tabaco o la aplicación de recubrimientos por spray, requieren de humedades relativas más elevadas que pueden alcanzarse con sistemas de enfriamiento evaporativo directos.

Finalmente, conviene hacer notar que el funcionamiento de los sistemas evaporativos directos es óptimo si se aseguran los caudales de renovación de aire apropiados; en ambientes industriales con posible presencia de contaminantes diversos, esta solución de climatización puede favorecer notablemente la calidad del aire del espacio de trabajo. Los sistemas basados en la pulverización de agua pueden permitir además retener partículas presentes en el aire en aquellas aplicaciones en las que se genere polvo.

Niveles de humedad

En primer lugar, los niveles de humedad relativa se mantienen en rangos apropiados simplemente con una renovación del aire apropiada y la selección y diseño de los sistemas se adecúe a cada caso particular. Además, y como ya se ha indicado, en ciertos climas especialmente áridos y en particular para ciertas industrias que precisan humedades ambientales más elevadas, como es el caso de la industria textil, estos sistemas pueden precisamente favorecer los rangos de humedad relativa deseados. Finalmente, la aparición de condensaciones no es previsible en aquellas condiciones climáticas áridas y secas donde el enfriamiento evaporativo es un recurso idóneo.

Consumo de agua

No obstante, existe un consumo indirecto de agua asociado al uso de energía eléctrica por los equipos, el cual varía según las fuentes de generación de energía eléctrica asociadas y por lo tanto dependerá del mix eléctrico que aplique. El consumo global de agua puede ser por lo tanto notablemente inferior en el caso de la climatización con sistemas evaporativos frente al uso de equipos de compresión mecánica de refrigerante.

Riesgo de infección por Legionela

Como equipos ubicados en edificios de uso colectivo y que funcionan utilizando agua con posible riesgo de generación de aerosoles, los sistemas de enfriamiento evaporativo están contemplados en el Real Decreto 865/2003, de 4 de julio, por el que se establecen los criterios higiénico-sanitarios para la prevención y control de la legionelosis. Sin embargo, quedan recogidos dentro del grupo 2: “Instalaciones con menor probabilidad de proliferación y dispersión de Legionella”. La Norma Española UNE 100030:2017, “Prevención y control de la proliferación y diseminación de Legionella en instalaciones”, contempla al respecto del posible riesgo de generación de aerosoles que, en el caso de sistemas que “no pulverizan agua sino que el aire pasa a través de una superficie húmeda” que, “aun siendo improbable, se puede producir arrastre de gotas de agua especialmente si el relleno está mal mantenido y se producen acumulaciones calcáreas o disminución en los huecos de paso de aire”.

El reducido riesgo de infección por Legionela asociado a los equipos de climatización evaporativa desde superficie húmeda se debe a las reducidas temperaturas de funcionamiento del agua y a la no generación intrínseca de aerosoles. Al producirse una evolución adiabática del aire (Figura 2), trabajan con agua entorno a la temperatura de bulbo húmedo del aire de entrada, las cuales rara vez superan los 22 °C y en ningún caso alcanzan los 25 °C para las condiciones de diseño de los climas de la Península Ibérica¹, mientras que en los climas más húmedos del planeta no alcanzan los 30°C.²

En todo caso, la cadena de eslabones que debe suceder para producirse riesgo de infección por Legionela puede romperse con el adecuado funcionamiento y mantenimiento de la instalación, así como evitando la generación de aerosoles. Para ello, es necesario:

• Evitar niveles térmicos en la instalación favorables al desarrollo de la bacteria; en sistemas de climatización evaporativa, esto se evita simplemente realizando el vaciado de la instalación durante los períodos de no funcionamiento, durante los cuales la radiación solar pueda calentar el agua del depósito hasta niveles de riesgo.
• Un adecuado mantenimiento del sistema permite revisar la no aparición de incrustaciones que favorezcan el desarrollo y refugio de la bacteria.
• La norma recomienda el uso de “fibra de vidrio o similar” para el medio de humectación, así como de materiales plásticos para conducciones, depósitos y boquillas.
• La evaporación del agua por contacto del aire con una superficie húmeda evita la generación intrínseca de aerosoles, frente a los sistemas de pulverización.
• Para evitar el riesgo de arrastre de gotas desde superficie húmeda, es conveniente trabajar con velocidades de paso del aire reducidas, inferiores a 2 m/s.
• Todo eventual arrastre de gotas debe salvarse con un sistema de retención de gotas a la salida del aire.

• A. Tejero González, P.M. Esquivias Fernández, F.J. Rey Martínez, J.F. San José Alonso, J.M. Rey Hernández, E. Velasco Gómez. “Tecnologías de enfriamiento evaporativo: hacia una climatización descarbonizada y eficiente”. Serie de Monografías del Instituto Eduardo Torroja. Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Madrid (2021).
• ASHRAE Handbook. HVAC Applications 2019. Capítulo 53: “Evaporative Cooling”.
• J.R. Watt. “Evaporative Air Conditioning Handbook”. 2ª Edición. Ed. Chapman&Hall. Nueva York (1986).

¹Instituto para la Diversificación y Ahorro de Energía, 'Guía Técnica: Condiciones climáticas exteriores de proyecto', Madrid, 2010.

²ASHRAE, Chapter 14: 'Climatic Design Information', de ASHRAE Handbook 2009, 2009.