Dimensionamiento de la deshumidificación para el recubrimiento de tanques de agua

Desde que la deshumidificación (DH) se introdujo en nuestra industria en la década de 1970, hemos debatido y lidiado con el costo de usar esta tecnología en el recubrimiento protector de estructuras como tanques de agua. En los primeros proyectos de recubrimiento de tanques, se recomendaban más de cuatro renovaciones de aire por hora, debido a la falta de experiencia en el control de la presión y a que los proveedores de esta nueva tecnología buscaban establecer un punto de referencia para una aplicación exitosa. Durante los últimos 30 años, la aplicación del control climático ha madurado significativamente. Los diseños de deshumidificadores desecantes han avanzado y el uso de la refrigeración como deshumidificación se ha generalizado. Este artículo se centra en el dimensionamiento de la DH para proyectos de recubrimiento de tanques de agua, mostrando que el dimensionamiento depende considerablemente de los objetivos de control climático, así como de todas las condiciones del tanque, desde la ubicación geográfica hasta las condiciones climáticas y las especificaciones del proyecto.

Objetivos para el Control Climático

El primer paso para determinar el equipo adecuado (véase el Consejo Técnico 1) es comprender los objetivos del control climático.

Estos son algunos objetivos básicos y típicos.

1. Preservar la superficie granallada hasta la aplicación de la imprimación o el recubrimiento.
2. Mantener la temperatura de la superficie para la aplicación y el curado del recubrimiento.
3. Garantizar la comodidad del trabajador.

Si el objetivo es preservar la superficie granallada, es necesario mantener la humedad relativa (HR) por debajo del 50 % en la superficie. Diversos estudios han demostrado que la tasa de corrosión aumenta drásticamente cuando la HR supera el 50 %. Dado que varía con la temperatura, la HR se ve fuertemente afectada por la temperatura de la superficie (véase el Consejo Técnico 2).

La HR en la superficie también puede expresarse como la diferencia entre la temperatura de la superficie y el punto de rocío (temperatura a la que se condensa la humedad en el acero) del espacio. En un diagrama psicrométrico, se observa que cuando la temperatura de la superficie es entre 17 y 20 grados superior al punto de rocío, la HR en dicha superficie ronda el 50 %. Por eso, a menudo se recomienda mantener la temperatura del punto de rocío por debajo de 15, o incluso 20, grados por debajo de la temperatura de la superficie para preservar las superficies granalladas. (Se suele decir que 5 grados por debajo del punto de rocío es el mínimo necesario para evitar la condensación).

Quizás haya determinado que las temperaturas de la superficie serán demasiado bajas para la aplicación o el curado del recubrimiento especificado. La solución más común a este problema es calentar el aire dentro del tanque. En términos sencillos, la temperatura del acero estará entre la temperatura interior y la exterior. A medida que el viento elimina la capa aislante de aire de la superficie exterior, el acero se enfría aún más con el aire exterior. De la misma manera, el movimiento del aire en el interior elimina la capa aislante de aire y permite que el acero se caliente con el aire caliente del tanque. En una noche fresca y despejada, el enfriamiento por radiación también dificulta el calentamiento del tanque. Las superficies de acero, especialmente en el techo, pierden calor adicional a la atmósfera, al igual que el techo de su Tahoe o Taurus.

Es posible calcular la temperatura superficial esperada de un tanque mediante una fórmula muy compleja que considera la superficie, las temperaturas interior y exterior, la velocidad del viento (tanto interior como exterior) y la refrigeración por radiación. Los proveedores de calentadores utilizan hojas de cálculo para calcular estas pérdidas de calor. El resultado se expresa en BTU por hora de calor perdido a través de todas las superficies del tanque. Los calentadores se miden en BTU, y la pérdida de calor en BTU es el factor principal para determinar el tamaño adecuado del calentador. También debe considerarse el flujo de aire a través del calentador, ya que se pierden BTU cuando el aire sale del tanque por el otro lado. (Véase Consejo de seguridad).

Figura 1: Factores que afectan la temperatura superficial. Cortesía del autor.

Si la comodidad de los trabajadores es importante, debemos considerar la temperatura de la superficie y la temperatura del aire. A temperaturas elevadas, los trabajadores deben tomar descansos más frecuentes, lo que reduce considerablemente la productividad. Este objetivo puede verse favorecido o dificultado por otros objetivos de control climático. Por ejemplo, en Thief River Falls, Minnesota, puede requerirse una temperatura del aire de 43 °C (110 °F) para mantener una temperatura superficial de 10 °C (50 °F). Sin embargo, 43 °C (110 °F) crea un ambiente de trabajo muy hostil. En este caso, puede ser necesario el aislamiento para reducir el calor requerido, o bien un recubrimiento más resistente a la temperatura, siempre que el propietario esté de acuerdo con el cambio. En Tupelo, Mississippi, donde las temperaturas máximas promedio en verano superan los 32 °C (90 °F), un sistema de deshumidificación que incluya refrigeración es más eficiente y cómodo.

Conozca las condiciones de su proyecto para calcular sus necesidades de deshumidificación

La cantidad y el tipo de deshumidificación requerida dependen de las condiciones del proyecto y del clima. Para comprender las condiciones del proyecto, es necesario considerar lo siguiente:

• ¿El aplicador intenta preservar la superficie limpia y durante cuánto tiempo?
• ¿El tanque es de acero o de hormigón? ¿Cuántas aberturas tiene el tanque o está bien sellado?
• ¿El tanque está aislado, confinado o dentro de un edificio?
• ¿Qué condiciones se requieren para la aplicación y el curado del recubrimiento?
• ¿Existen otras fuentes de ventilación, como la recolección de polvo? Para comprender las condiciones climáticas, es necesario considerar lo siguiente:
  ¿Cuáles son las temperaturas esperadas de bulbo seco (aire) y punto de rocío?
• ¿Cuál es la velocidad del viento esperada?
• ¿Cuáles son las temperaturas máximas y mínimas esperadas?

En el trabajo actual de recubrimiento industrial, a menudo encontramos recomendaciones de DH basadas en reglas generales y poco precisas. Estas “reglas” suelen basarse en equipos estándar y en la cantidad de renovaciones de aire que la unidad proporciona por hora en un tanque o espacio. Una “renovación de aire” se produce cuando el sistema de ventilación desplaza completamente el volumen de aire en un tanque. Además, estas “reglas” suelen basarse en una experiencia limitada (a veces, muy limitada) o en suposiciones sobre lo que podrían considerarse condiciones típicas.

El volumen de aire en un cilindro se calcula de la siguiente manera: radio × radio × π × altura. (Véase el Consejo Técnico 3).

Se requiere experiencia para determinar la cantidad de renovaciones de aire necesarias por hora. Con los avances tecnológicos, resulta más ventajoso dedicar tiempo a comprender el proyecto y asegurar el uso de la mejor tecnología y el mejor equipo. Este esfuerzo se traduce en ahorro de costos y combustible, mayor confiabilidad y plazos de trabajo más cortos.

Considere la regla general más común: dos renovaciones de aire por hora. Esta recomendación es válida si se utilizan unidades desecantes en un tanque de un millón de galones en Topeka, Kansas, en mayo, cuando la temperatura promedio ronda los 65 °F. Los expertos en deshumidificación saben que en estas condiciones se puede preservar bien la superficie limpiada con chorro abrasivo. Dicho de otro modo, «la temperatura del punto de rocío en el tanque será inferior a 15 grados por debajo de la temperatura de la superficie» o «la humedad relativa será inferior al 50 % en la superficie».

Si trasladamos este mismo tanque de un millón de galones a Tampa, Florida, con máximas de 90 °F y una temperatura del punto de rocío de 75 °F, la deshumidificación por refrigeración con cuatro renovaciones de aire por hora podría ser más apropiada. Pero cuidado: es posible que no se pueda mantener el flujo de aire durante mucho tiempo. Un hecho poco conocido es que la deshumidificación por refrigeración pierde eficacia cuando las temperaturas bajan de 65 °F. Esto se puede ilustrar partiendo de la temperatura de la superficie prevista y teniendo en cuenta la importante diferencia de 15 °F entre el punto de rocío y la temperatura de la superficie. Partamos de la premisa de que la temperatura de la superficie es igual a la temperatura ambiente: 65 °F. Para mantener el flujo de aire, el punto de rocío en el tanque debe ser 15 °F menor, es decir, 50 °F. Para que una unidad de refrigeración logre esto, debe suministrar aire a una temperatura inferior a 40 °F para contrarrestar la infiltración y otras cargas de humedad. Si una unidad de refrigeración suministra aire a 40 °F, las serpentinas se acercarán a la temperatura de congelación. Si bien se han producido innovaciones significativas para descongelar las serpentinas de refrigeración, todas comienzan a perder eficacia a medida que se acumula hielo en ellas.

Para complicar aún más las cosas, en una noche despejada, la temperatura del techo puede alcanzar valores casi 10 °F por debajo de la temperatura ambiente. Otra consideración importante es que el deshumidificador de refrigeración típico de la industria tiene un ventilador de aire de proceso fijo, lo que significa que suministra un volumen de aire fijo específico. La capacidad de una unidad de refrigeración para reducir la temperatura del punto de rocío es proporcional a la velocidad a la que el aire pasa sobre la serpentina de refrigeración. A la velocidad típica del aire, es posible que la unidad solo sea capaz de reducir la temperatura del punto de rocío unos pocos grados, y el chorro puede desviarse porque no se puede mantener esa importantísima humedad relativa del 50% en la superficie.

Si desea conservar el aire caliente con deshumidificación por refrigeración, es importante recalentarlo después de enfriarlo. Aunque parezca un desperdicio de energía, al recalentar el aire tras enfriarlo para reducir su punto de rocío, se aumenta la humedad relativa a la entrada del tanque. Además, al recalentarlo, se evita que la temperatura de la superficie disminuya durante la noche y se pierda esa diferencia de 15 grados en el punto de rocío.

La combinación de refrigeración con deshumidificación por desecante preenfriado ofrece una solución muy eficaz en climas cálidos, y puede ser suficiente con menos de una renovación de aire por hora. Esta combinación permite al operador obtener el control preciso del punto de rocío de la unidad desecante y beneficiarse de un aire más fresco durante el día. En ambientes más húmedos, la unidad de refrigeración elimina gran parte de la humedad, y al alimentar la unidad desecante con ese aire más seco y frío, su rendimiento también mejora.

En un tanque de agua de cinco millones de galones en Troy, Nueva York, dos renovaciones de aire probablemente representen un gran desperdicio del dinero de los contribuyentes. Con este gran volumen (670,000 pies cúbicos), el aire se estabiliza y no se ve tan afectado por la infiltración. No intente usar refrigeración en este trabajo. Ningún sistema de enfriamiento conservará el aire comprimido cuando la temperatura de la superficie sea de 40 °F.

La cantidad exacta de aire deshumidificado se puede calcular si se conocen las condiciones climáticas y podemos cuantificar cada fuente de infiltración y cada carga interna en el trabajo. En realidad, no es práctico realizar este análisis de ingeniería exhaustivo en cada tanque, y de hecho, no podemos predecir todas estas cargas con precisión. El flujo de aire, la capacidad del compresor y la infiltración están sujetos a cambios diarios y horarios. Además, si el cálculo requiriera 2,853 cfm con una unidad desecante, el equipo suministrado se redondearía a una máquina comercialmente disponible de 3,000 o 3,500 cfm. Por eso, la mayoría de las recomendaciones se basan en la experiencia, con la ayuda de datos meteorológicos y las condiciones del lugar. Cuanta más experiencia, mejor será la recomendación. (Véase el Consejo Técnico 4).

Existe la idea errónea de que el volumen de deshumidificación debe coincidir con el del colector de polvo, en pies cúbicos por minuto (cfm). Dependiendo del sistema de deshumidificación que elija, es posible que pueda permitir que grandes cantidades de aire ambiente se mezclen con el colector y aun así mantener las condiciones adecuadas. De nuevo, lo que funciona en Toledo, Ohio, puede no funcionar en Tulsa, Oklahoma.

¿Ha estado alguna vez en Towner, Dakota del Norte? La temperatura media en invierno es de unos -9 °C (15 °F). Si calienta la superficie a 4 °C (40 °F) para aplicar el recubrimiento, estará entre 14 y 17 °C (25-30 °F) por encima de la temperatura del punto de rocío. En efecto, está creando la misma dispersión del punto de rocío que un deshumidificador. Quizás le convenga considerar aislar este tanque. Sin aislamiento, necesitará más de 43 °C (110 °F) en el interior para mantener la temperatura de la superficie a 4 °C (40 °F).

El otro extremo se da cuando la temperatura de la superficie es muy alta. En Tucson, Arizona, un tanque preimprimado puede no requerir un amplio rango de punto de rocío, ya que es posible que no se esté realizando el granallado. Su objetivo podría ser controlar la condensación y proporcionar un ambiente de trabajo habitable. La refrigeración tradicional puede ser una excelente opción. No se deje engañar por el clima desértico. Un punto de rocío de 18 °C (65 °F) es común durante los meses de verano. Incluso si se está realizando el granallado, sus requisitos cambian una vez que el tanque esté imprimado y solo se esté aplicando el recubrimiento.

¿Qué sucede con un tanque de concreto en Tehachapi, California? Es posible que necesite eliminar el exceso de humedad del concreto. Si este es su objetivo, deberá ser muy agresivo con el rango de punto de rocío. Esto creará una diferencia extrema entre el contenido de humedad del concreto y el del aire circundante, lo que provocará que la humedad migre rápidamente del concreto. El calor también puede ser útil. Hay muchos factores en juego, como las barreras de vapor, las superficies enterradas, la eflorescencia, la desgasificación y la porosidad. Si su único problema es mantener el sustrato seco, asegúrese de que la superficie esté cinco grados por encima de la temperatura del punto de rocío. Como ya se mencionó, no existe una fórmula sencilla, pero la buena noticia es que no necesita preocuparse por contener la explosión en un tanque de concreto.

¿Y los costos?

Esta conversación no estaría completa sin hablar de costos. Lamentablemente, gran parte de la atención se centra en las tarifas de alquiler, cuando incluso el descuento más drástico se ve rápidamente eclipsado por la elección adecuada de equipos, fuentes de energía e incluso opciones de entrega. Todas las fuentes de energía deben explorarse cuidadosamente. Al encontrar suministro eléctrico en un proyecto reciente, el cliente logró ahorrar más del 33 % del costo total del sistema de climatización. Incluso después de realizar trabajos eléctricos costosos y pagar la electricidad, el contratista pudo reducir estos costos eliminando el alquiler de un generador portátil y el costoso combustible diésel necesario para su funcionamiento.

Conclusión

Desafortunadamente, dimensionar un sistema de climatización no es tan simple como calcular la tasa de aplicación de un recubrimiento epoxi o el consumo de abrasivos. Al considerar todos los parámetros y todas las tecnologías disponibles, se pueden ahorrar grandes sumas de dinero. Dimensionar un sistema de calefacción urbana no es tan complejo como parece, pero sí requiere conocimientos técnicos. Las reglas que rigen en Biloxi, Mississippi, son muy diferentes a las de Bellingham, Washington.

Acerca del autor

Don Schnell es el gerente nacional de ventas de Dehumidification Technologies, LP, con sede en Houston, Texas. Schnell reside en el área metropolitana de Chicago. Ha trabajado en la industria de recubrimientos protectores desde 1977 y cuenta con más de 20 años de experiencia en deshumidificación y control climático temporal. Ha desempeñado un papel fundamental en el desarrollo y la expansión de innovaciones en control climático utilizadas en la industria de recubrimientos protectores.