Conceptos básicos de deshumidificación

La deshumidificación, o la eliminación de la humedad del aire, es un método para controlar el ambiente durante el granallado y la pintura. Ayuda a prevenir la oxidación instantánea y favorece el curado de los recubrimientos. Este Boletín de Capacitación para Aplicadores abordará los conceptos básicos de la humedad, comenzando con una explicación de la humedad en el aire y su relación con la corrosión. Tras esta explicación, se presentarán los distintos tipos de deshumidificación, junto con los principios básicos para dimensionar las necesidades de deshumidificación. Finalmente, se destacarán los usos y beneficios de la deshumidificación.

Corrosión y Humedad

Una buena práctica de pintura requiere que la superficie del acero esté a 3 °C (5 °F) o más por encima del punto de rocío para evitar la condensación de la humedad. La condensación de la humedad en una superficie de acero granallado provoca oxidación y puede interferir con la adherencia de la imprimación. La condensación de la humedad en una superficie recién recubierta puede afectar el curado del recubrimiento.

Un concepto importante es la temperatura del punto de rocío. Esta es la temperatura a la cual la humedad se condensa en la superficie. A la temperatura del punto de rocío, el aire inmediatamente adyacente a la superficie tiene una humedad relativa del 100 %. La humedad no puede evaporarse de la superficie cuando el aire adyacente tiene una humedad relativa del 100 %. De hecho, ocurre lo contrario: la humedad del aire se condensa sobre la superficie.

Es importante comprender por qué una buena práctica de pintura requiere una diferencia de al menos 3 °C (5 °F) entre la temperatura de la superficie y la temperatura del punto de rocío. Existen tres razones. La primera es la precisión inherente de los instrumentos de medición de la temperatura de la superficie y del punto de rocío. La segunda es que la evaporación del disolvente durante el curado de las pinturas es un proceso de enfriamiento. Por lo tanto, la diferencia de 3 °C (5 °F) proporciona un margen de seguridad para asegurar que la humedad no se condense en la superficie. La tercera razón es tener en cuenta el cambio de temperatura o humedad relativa una vez iniciado el trabajo.

Humedad absoluta y relativa

La mayoría de las personas están familiarizadas con la humedad relativa, ya que es el dato que se reporta en el pronóstico del tiempo. Una de las razones por las que es importante es que indica la sensación de confort. Sudamos para regular la temperatura corporal. Al sudar, el agua (disolvente) se evapora, lo que produce un enfriamiento. Cuanto mayor sea la humedad relativa, menor será la evaporación, por lo que nuestro cuerpo no se enfría tanto. Cuando la temperatura es alta, por ejemplo, 32 °C (90 °F), nos sentimos más incómodos con una humedad relativa del 90 % que con una del 40 %.

El aire es una mezcla de gases, principalmente nitrógeno y oxígeno. También contiene agua (humedad). La humedad absoluta es la cantidad de agua en un volumen unitario de aire, generalmente expresada en gramos por metro cúbico. Cuanto más caliente está el aire, más agua puede contener. La humedad relativa es la cantidad de humedad en el aire (humedad absoluta) en comparación con la cantidad máxima de humedad que el aire puede contener a la misma temperatura. Dado que el aire caliente puede retener más agua que el aire frío, hay menos agua en el aire a 20 °C (68 °F) que en el aire a 25 °C (77 °F) cuando ambos tienen una humedad relativa del 50 %.

Si tomamos el aire a 25 °C (77 °F) con una humedad relativa del 70 %, tendría que enfriarse a 18 °C (64 °F) para alcanzar el 100 % de humedad relativa, es decir, el punto de rocío. A 25 °C (77 °F), si la humedad relativa es del 50 %, el aire tendría que enfriarse a 13 °C (55 °F) para alcanzar el 100 % de humedad relativa. Esto significa que la temperatura del punto de rocío es menor cuando la humedad relativa es menor para el aire a la misma temperatura (Tabla 1).

Control de las condiciones ambientales

Existen dos métodos reconocidos para mantener artificialmente las condiciones de manera que la humedad no se condense en la superficie. Una opción es calentar el acero que se está pintando para que la temperatura de la superficie se mantenga al menos 3 °C (5 °F) por encima del punto de rocío. Esto sería práctico para piezas pequeñas donde se podrían usar calentadores radiantes. Sin embargo, suele ser demasiado costoso para superficies grandes, como el interior de un tanque de almacenamiento. El segundo método reconocido es la deshumidificación. Existe un tercer método: calentar el aire. Calentar el aire reduce la humedad relativa, ya que el aire caliente puede retener más agua que el aire frío. Pero calentar no cambia la cantidad absoluta de agua en el aire. El agua seguirá condensándose en la superficie del acero si su temperatura no aumenta. Calentar el acero con aire caliente es ineficiente debido a la escasa transferencia de calor entre el aire y el acero, y a la gran capacidad calorífica de este último. Calentar el aire no cambia el punto de rocío, pero sí aumenta la probabilidad de que la temperatura del acero se mantenga 3 °C (5 °F) por encima de dicho punto.

La velocidad de corrosión atmosférica del acero está determinada por tres factores: la temperatura del acero, la presencia de contaminantes y la humedad relativa. La temperatura del acero afecta la velocidad de las reacciones de corrosión de manera similar a la mayoría de las reacciones químicas; es decir, se producen más rápidamente a temperaturas más altas. Los contaminantes, ya sea en el aire o en la superficie, hacen que el agua condensada sea más conductora. La corrosión se produce más rápidamente con agua conductora. También se ha observado que la humedad relativa afecta la velocidad de corrosión. La velocidad de la reacción de corrosión aumenta exponencialmente con la humedad relativa. Para el acero no contaminado, la velocidad de corrosión es prácticamente cero por debajo del 60 % de humedad relativa. La mayoría de las personas utilizan el 50 % de humedad relativa como el punto de “no corrosión” porque proporciona un margen de seguridad (y es más fácil de recordar). El acero contaminado con sal aún puede corroerse con un 30 % de humedad relativa porque la sal es higroscópica y elimina la humedad del aire. La sal también produce la tendencia a la condensación de la humedad. El objetivo principal de la deshumidificación es reducir la cantidad de humedad en el aire, disminuir la temperatura del punto de rocío, evitar que la humedad se condense en el acero y reducir la tasa de corrosión.

Curado de la pintura y humedad

La deshumidificación también puede ayudar en el curado de las pinturas. Controla la condensación de humedad en la película de recubrimiento y acelera la liberación de disolventes. La evaporación del disolvente es un proceso de enfriamiento, por lo que la temperatura de la superficie puede disminuir a medida que se liberan los disolventes. Puede producirse condensación de agua si la temperatura de la superficie se acerca al punto de rocío. Otro problema es la retención de disolventes en la película si estos no se evaporan. El aire solo puede contener una cantidad determinada de disolvente a una temperatura específica. El agua es un disolvente, por lo que si la humedad relativa es alta, hay poco espacio en el aire para el disolvente. Una menor humedad relativa permite que se evapore más disolvente en el aire.

Equipos de deshumidificación

Existen cuatro tipos de deshumidificación.

• Basada en condensación (refrigerante): Este método se basa en hacer pasar el aire sobre serpentines evaporadores para reducir la cantidad absoluta de humedad en el aire. Un líquido frío circula por los serpentines evaporadores. El aire tratado se enfría, lo que provoca la condensación de la humedad en la superficie fría de las serpentinas. A continuación, el aire pasa por una serie de serpentinas de recalentamiento, lo que eleva su temperatura y, por lo tanto, reduce la humedad relativa.

• Sorción sólida (desecante): Este método utiliza un producto químico para absorber directamente la humedad del aire. Este producto químico puede estar en forma de lechos granulares o en estructuras porosas, como filtros o ruedas giratorias. El aire pasa a través del material desecante, donde se elimina la humedad. Con el tiempo, el desecante se satura y deja de ser capaz de eliminar más agua. El desecante se reactiva invirtiendo la reacción, es decir, haciendo pasar aire caliente a través de él para desorber el agua adherida. Los desecantes comunes son el gel de sílice, el cloruro de litio y las zeolitas (minerales de aluminosilicato hidratados).

• Sorción líquida: Este método es similar a la sorción sólida, con la diferencia de que el aire se hace pasar a través de aerosoles de un adsorbente líquido. El adsorbente debe regenerarse continuamente mediante calor para eliminar la humedad absorbida. El cloruro de litio o las soluciones de glicol son ejemplos de adsorbentes líquidos.

• Compresión del aire: Este método es similar al funcionamiento de un compresor de aire. El aire se comprime, lo que provoca la condensación de la humedad. Esta humedad se elimina mediante trampas de agua y posenfriadores. La reexpansión del aire resulta en una menor humedad absoluta. Solo los equipos de deshumidificación por condensación (refrigerante) y sorción sólida (desecante) son prácticos para proyectos de pintura industrial. Por lo general, se prefieren los deshumidificadores de refrigerante cuando la temperatura exterior es relativamente cálida. Requieren menos energía, por lo que su funcionamiento es más económico. Sin embargo, cuando la temperatura del aire es baja y el punto de rocío es inferior a 0 °C (32 °F), el equipo se congela. A bajas temperaturas, se suelen preferir los secadores desecantes. Los secadores desecantes mantienen su eficiencia para eliminar la humedad del aire a cualquier temperatura, mientras que los secadores refrigerantes se vuelven menos eficientes a temperaturas más bajas (aunque se puede utilizar aire recalentado para compensar esta situación).

Dimensionamiento de equipos de deshumidificación

El método más común para dimensionar las necesidades de una unidad de deshumidificación en un proyecto es el método de intercambio de aire. Se selecciona el número de renovaciones de aire necesarias por hora y el tamaño del equipo se basa en el volumen del espacio a deshumidificar. Generalmente, se recomiendan cuatro renovaciones de aire.

Los equipos de deshumidificación se dimensionan según el volumen de aire que pueden suministrar, es decir, metros cúbicos por minuto (CMM) (pies cúbicos por minuto [CFM]). El tamaño del equipo necesario se puede calcular con la siguiente ecuación:

CMM (CFM) = Volumen del recinto x
renovaciones de aire x 1/60

El factor 1/60 convierte las renovaciones de aire por hora a renovaciones de aire por minuto.

Supongamos que el proyecto consiste en pintar el interior de un tanque que tiene 27 m (90 pies) de diámetro y 12 m (40 pies) de altura. El primer paso es determinar el volumen del tanque, que se calcula de la siguiente manera:

Volumen = π (es decir, 3,14) x radio² x altura, o = 3,14 x 13,5 m² x 12 m (3,14 x 45 ft² x 40 ft) = 6870 m³ (254 000 ft³)

El tamaño de la unidad deshumidificadora necesaria, considerando cuatro renovaciones de aire por hora, sería:

CFM (CMM) = 6870 m³ x 4 x 1/60 (254 000 ft³ x 4 x 1/60) = 460 CMM (17 000 CFM)

Existe otro método para dimensionar los sistemas deshumidificadores que se basa en las diferencias de temperatura y humedad relativa entre el día y la noche. De esta manera, se puede calcular la humedad absoluta, o la cantidad de agua, que debe eliminarse. La eficiencia del equipo de deshumidificación para eliminar el agua de un volumen unitario de aire determinará el tamaño real necesario. Los cálculos de este método son bastante complejos y exceden el alcance de este artículo. Para obtener más información sobre este método, se remite al lector al artículo de D. Bechtol, «Dehumidification in Blast Cleaning Operations» (JPCL, julio de 1988, págs. 32-39).

Usos y beneficios de la deshumidificación

La deshumidificación tiene diversas aplicaciones en la industria de la construcción relacionadas con la pintura. Los equipos de deshumidificación se pueden utilizar para secar el hormigón. En el Boletín de Capacitación para Aplicadores de diciembre de 2001 sobre recubrimientos para pisos, se indicó que la tasa máxima de emisión de humedad más comúnmente requerida por los fabricantes de recubrimientos es de 15 g/m²/24 horas (3,0 lb/1000 ft²/24 horas). Si el hormigón ha curado durante el mínimo de 28 días recomendados y cumple con los requisitos de resistencia especificados, solo se necesita reducir el contenido de humedad libre para lograr la tasa de emisión deseada. Los equipos de deshumidificación pueden acelerar el proceso.

La preparación de superficies mediante lavado a presión o chorro de agua puede requerir esperar uno o dos días para que la superficie se seque por completo, especialmente cuando hay grietas entre elementos de acero. La deshumidificación posterior al lavado a presión o al chorro de agua permite eliminar esta humedad más rápidamente.

El principal beneficio de la deshumidificación es la capacidad de controlar el ambiente de trabajo. Esto puede resultar económico para un contratista y mejorar la aplicación del recubrimiento.

Los contratistas se benefician del equipo de deshumidificación al reducir el tiempo de inactividad. No es necesario esperar cuando las condiciones ambientales no cumplen con las especificaciones, ya que el ambiente dentro del área de trabajo está controlado. El trabajo productivo puede comenzar a primera hora de la mañana, especialmente en primavera y otoño, cuando normalmente se forma rocío. También elimina los días perdidos por lluvia. Mantener la humedad relativa por debajo del 50%, o la temperatura de la superficie 6 °C (10 °F) por encima del punto de rocío, controlará la oxidación en una superficie de acero limpiada con chorro abrasivo durante una o dos semanas. Esto permite al contratista limpiar con chorro abrasivo toda la superficie (o grandes porciones de la misma) de forma continua sin la parada diaria para limpieza e imprimación. Aplicar la imprimación en una sola capa evita que las partículas de chorro abrasivo caigan sobre la superficie imprimada el día anterior y permite aplicar la imprimación como una capa continua.

Hay situaciones en las que el uso de la deshumidificación es esencial. Un ejemplo es pintar la placa tubular de un intercambiador de calor. Los productos de alto rendimiento que se utilizan habitualmente en esta situación deben aplicarse en una sola capa sobre toda la superficie. Por lo tanto, es necesario completar el granallado, retirar los tapones de los tubos y realizar la limpieza antes de aplicar el recubrimiento. Generalmente se requieren varios días, por lo que la deshumidificación es indispensable.

El aire seco también es esencial al granallar con abrasivos de acero. La humedad puede condensarse en el recipiente cuando la unidad se enfría durante la noche, provocando la oxidación del abrasivo de acero. El equipo de deshumidificación mantiene seco el abrasivo de acero y es un componente esencial del equipo de granallado. Los propietarios se benefician de muchas de las ventajas mencionadas. El trabajo se puede completar de manera oportuna, lo que reduce la inactividad de las instalaciones y mejora la calidad del trabajo.

Conclusión

La deshumidificación reduce el contenido de humedad en el aire para controlar la corrosión de la superficie limpiada por granallado y evitar la condensación de humedad en los recubrimientos recién aplicados. Una deshumidificación adecuada puede evitar que una superficie limpiada con chorro abrasivo se oxide durante al menos una semana en la mayoría de las condiciones ambientales. La deshumidificación también se puede utilizar para secar el hormigón antes de pintarlo y es esencial para evitar que el acero abrasivo se oxide.