Cómo funcionan los enfriadores de pantano

Un trabajador realiza mantenimiento preventivo en un enfriador de agua caliente comercial en la azotea.

Si alguna vez ha probado el viento sosteniendo un dedo mojado en el aire, ha usado enfriamiento por evaporación. El mismo principio lo refresca después de nadar y también alimenta una de las formas más antiguas y simples de aire acondicionado. Conocidos en los EE. UU. como enfriadores de pantano , los enfriadores evaporativos modernos pueden rastrear su linaje hasta el antiguo Egipto. Son baratos, eficientes y buenos para el medio ambiente, pero tienen algunas limitaciones, así que no tires tu aire acondicionado estándar por la ventana todavía.

Los antiguos egipcios tenían una gran necesidad de aire acondicionado. Lo lograron colgando mantas mojadas en las puertas de sus casas o, si pertenecían a la realeza, haciendo que los sirvientes las abanicaran sobre jarras de agua. Cuando el aire caliente y seco pasa sobre el agua (o mejor aún, a través de ella), el aire se enfría. Hoy en día, usamos ventiladores eléctricos en lugar de servidores, pero el principio de enfriar el aire por evaporación sigue siendo el mismo.

Desafortunadamente, los enfriadores de aire por evaporación no funcionan en todas partes. Los pantanos, por ejemplo, son lugares pésimos para los enfriadores de agua. No está del todo claro de dónde obtuvieron el apodo, pero probablemente se refiera a la humedad que agregan al aire o al olor pantanoso que se puede desarrollar cuando no se limpian con la frecuencia suficiente.

Los enfriadores de pantano se utilizan en todo el mundo. Para funcionar, los enfriadores de pantano necesitan un clima cálido y seco. En los EE. UU., funcionan bien en las partes áridas del oeste y suroeste del país. El mercado mundial de enfriadores evaporativos se valoró en 7600 millones de dólares en 2019 y se espera que alcance los 19 800 millones de dólares a finales de 2026.

Los enfriadores de pantano se basan en una tecnología simple y eficiente que existe desde hace mucho tiempo. Los principios del enfriamiento por evaporación funcionaron para los faraones y aún pueden funcionar para usted.

Contenido

1. Aspectos básicos del enfriamiento por evaporación:desde la ropa interior de Ben Franklin hasta el aire acondicionado moderno
2. Enfriadores de pantano frente a acondicionadores de aire
3. Beneficios del enfriador de pantano
4. Desventajas del enfriador de pantano

Aspectos básicos del enfriamiento por evaporación:desde la ropa interior de Ben Franklin hasta el aire acondicionado moderno

Julio de 1758 fue abrasador en Filadelfia, Pensilvania, con temperaturas que alcanzaron los 100 grados Fahrenheit (37 grados Celsius). Como escribió más tarde en una carta, Benjamin Franklin estaba en su habitación, leyendo y escribiendo "sin más ropa que una camisa y un par de calzones largos de lino, las ventanas abiertas y un viento fuerte que soplaba a través de la casa. " Incluso los padres fundadores sudaron, y cuando se cambió a una camisa seca, notó algo:se sentía caliente, como si hubiera estado cerca de un fuego, en comparación con la camisa húmeda que acababa de quitarse. Franklin teorizó que no lo refrescaba el aire caliente que soplaba en su habitación, sino la transpiración que se evaporaba de su piel. Más tarde, hizo algunos experimentos:mojó el bulbo de un termómetro y observó cómo bajaba la temperatura. Descubrió que la evaporación de líquidos provocaba pérdida de calor. Lo que describió en su carta es enfriamiento por evaporación.

El líquido se evapora arrojando moléculas al aire, cambiando de un estado líquido a gas. A medida que quedan suspendidas en el aire, las moléculas extraen parte del calor del aire más caliente, enfriándolo a medida que el agua y el aire encuentran el equilibrio. El proceso también enfría el líquido restante, ya que las moléculas más calientes y de movimiento más rápido tienen más probabilidades de escapar al aire.

Los enfriadores de pantano funcionan aprovechando esa reacción de enfriamiento:solo necesita una forma de hacer circular el aire ahora más frío y húmedo a través de la casa.

Imagínese un acondicionador de aire, solo una caja de chapa en el exterior de una ventana, en realidad. En un acondicionador de aire estándar, hay algunos refrigerantes bastante complicados en su interior, pero con un enfriador de aire caliente, es mucho más simple. Lo principal en el interior es un soplador:un ventilador en un extremo de la caja que trae aire desde el exterior y lo empuja hacia el interior de la casa en el otro extremo. Antes de que el aire ingrese a la casa, pasa a través de un conjunto de almohadillas húmedas, donde se produce la evaporación. El aire más frío entra en la casa y el aire más caliente sale. Una pequeña bomba mantiene las almohadillas húmedas para que el agua no se evapore por completo. Funciona igual que las mantas de lana de los egipcios o la camisa sudada de Ben Franklin.

Entonces, ¿cómo se compara exactamente un enfriador evaporativo con un acondicionador de aire?

Otros usos

Puede ser una tecnología antigua, pero el enfriamiento por evaporación todavía tiene algo de vida. Por ejemplo, los inventores han mejorado el enfriador de agua de siglos de antigüedad que inspiró a Ben Franklin, utilizando el enfriamiento por evaporación para evitar que las frutas y verduras frías se estropeen con el calor. Los refrigeradores se pueden hacer de una variedad de materiales locales. En la India, por ejemplo, se coloca un cuenco de barro dentro de un cuenco más grande lleno de agua y luego se cubre con un paño para drenar el agua al aire libre. En Sudán, se probó un enfriador similar y se encontró que mantiene los tomates frescos durante 20 días, 18 días más de lo que hubieran durado sin el enfriador. En otros lugares, las hieleras están hechas de bambú cubierto de tela, marcos de madera o ladrillos.

Enfriadores de pantano frente a acondicionadores de aire

Las unidades de aire acondicionado estándar funcionan empleando los mismos principios operativos que el refrigerador de su hogar. El aire es enfriado por los serpentines, enviado a su casa y luego recirculado una y otra vez a través de la máquina, ventilando el aire caliente generado en el proceso hacia el exterior. (Para obtener más información sobre los acondicionadores de aire estándar, consulte Cómo funcionan los acondicionadores de aire). Es un proceso cerrado:dejar una ventana o puerta abierta permite que escape el aire frío y hace que el acondicionador de aire trabaje más para suministrar aire frío.

Los enfriadores de pantano son un sistema abierto. Se basan en el flujo de aire a través del edificio para dirigir el aire frío y, dado que siempre necesitan aire caliente y seco para evaporar el agua, debe desplazar el aire que ya está en la casa. Ambos sistemas pueden usar una unidad central grande o unidades de ventana pequeñas, pero el aire del enfriador evaporativo necesita una salida. Abrir y cerrar ventanas y puertas controla el flujo de aire desde el enfriador evaporativo a diferentes partes de la casa, mientras que los acondicionadores de aire centrales usan conductos para dirigir el flujo. En algunos casos, los enfriadores de evaporación también pueden usar conductos, pero deben ser más grandes que los conductos de aire acondicionado tradicionales para permitir un mayor flujo de aire desde el enfriador de evaporación.

Los acondicionadores de aire estándar también secan el aire, condensando el vapor de agua de la habitación enfriada a medida que pasa por los serpentines fríos. El agua se drena hacia el exterior:ese es el goteo característico que sentirá si se para debajo de una unidad de aire acondicionado de ventana el tiempo suficiente. El resultado es una habitación más seca y, en climas húmedos, eso puede ser algo bueno. Demasiada humedad puede impedir la transpiración, que es como nos refrescamos de forma natural. Dado que los enfriadores de pantano funcionan poniendo agua en el aire seco, actúan como humidificadores. Esto es excelente en climas más secos porque la humedad también puede ser demasiado baja para sentirse cómodo. Bajo las condiciones adecuadas, la brisa cargada de agua también puede tener un efecto secundario de ayudar a la transpiración de la piel, lo que da como resultado una sensación aún más fresca que la que daría el enfriador de pantano por sí solo.

Debido a las diferentes formas en que funcionan, no puede usar un enfriador de aire caliente y un acondicionador de aire estándar en la misma casa. Se cancelarían entre sí, como si estuvieran funcionando un deshumidificador y un humidificador en la misma habitación.

Entonces, si solo puedes elegir uno, ¿cuál es mejor? ¿El enfriador evaporativo o el aire acondicionado?

Beneficios del enfriador de pantano

Los enfriadores de pantano utilizan los principios del enfriamiento por evaporación para enfriar el aire.

Bajo las condiciones adecuadas, los enfriadores de evaporación parecen tener muchos beneficios. Son baratos de construir e instalar. Los únicos materiales que se necesitan para hacerlos son un ventilador, una bomba, una almohadilla de filtro de 8 a 12 pulgadas (20 a 30 centímetros) de espesor (ya sea de celulosa tratada, fibra de vidrio, espuma plástica o álamo triturado). fibras), un poco de agua y una caja (normalmente de chapa). Las bombas y los ventiladores están ampliamente disponibles. El resto se puede convertir en una tienda local en cualquier lugar. Además, un enfriador de pantano debe tener al menos dos velocidades y una opción de solo ventilación. Si decide comprar uno, puede gastar desde $ 40 por un modelo portátil hasta $ 3,500 por una unidad montada en el techo o en el suelo. Por el contrario, la instalación de una unidad central de aire acondicionado costaría entre $3000 y $7000, según NerdWallet.

Los costos operativos mensuales del enfriador evaporativo también son considerablemente más bajos:cuesta menos de la mitad del precio de instalación y operación del aire acondicionado central. Pero el mayor ahorro está en la electricidad:un enfriador de evaporador usa entre un 60 y un 80 por ciento menos de electricidad que un aire acondicionado estándar. Eso se traduce en ahorros en su factura de energía, pero también en el medio ambiente.

Los enfriadores de pantano tienen un beneficio ambiental adicional, ya que los acondicionadores de aire estándar han dependido durante mucho tiempo de productos químicos que agotan la capa de ozono para proporcionar su poder de enfriamiento. El uso de CFC (clorofluorocarbonos) se suspendió en los países desarrollados desde 1996 por un tratado internacional. El producto de reemplazo, los HCFC (hidroclorofluorocarbono) como el R22 (freón) tiene algunos efectos negativos, y su uso en equipos nuevos finalizó en 2010. Desde entonces, las unidades de aire acondicionado han usado R410A o puron, pero esto se está eliminando gradualmente para R-32 que tiene un tercio del potencial de calentamiento global del R410A. Los enfriadores de pantano no usan refrigerantes.

Desventajas del enfriador de pantano

A pesar de todos sus beneficios y ahorros de costos, los enfriadores de evaporación solo funcionan en el clima adecuado y, lamentablemente, eso no incluye áreas como Filadelfia.

No solo debe estar caliente sino también seco, porque a medida que la temperatura de bulbo seco se acerca a la temperatura de bulbo húmedo, la diferencia entre los dos se hace más pequeña y el efecto de enfriamiento del agua que se evapora hace lo mismo. Una temperatura de bulbo húmedo superior a 70 grados Fahrenheit (21 grados Celsius) significa que el enfriador evaporativo no podrá ajustar la temperatura lo suficiente como para mantenerla en la zona de confort. (Esto varía según la humedad, las preferencias personales y la actividad, pero generalmente cae en los 70 bajos).

Si el aire se satura demasiado con agua, el agua se condensa. El cien por ciento de humedad fuera de la casa significa que podría llover, y aunque un enfriador de agua no causará un aguacero en su casa, tampoco tendrá ningún efecto refrescante, solo la sensación de calor y pegajosa que podría asociar con los pantanos. Tu transpiración no se evapora en el aire saturado.

La Agencia de Protección Ambiental recomienda mantener la humedad relativa interior por debajo del 60 por ciento e idealmente entre el 30 y el 50 por ciento para evitar el moho y los hongos, y que sus muebles de madera no se sequen. Desafortunadamente, el aire húmedo también puede causar que el metal se oxide, incluso en el enfriador de evaporador. El problema del exceso de humedad se puede resolver en los enfriadores evaporativos usando un intercambiador de calor para calentar el aire dentro de la casa mientras el aire húmedo sale al exterior, pero estos sistemas son considerablemente menos eficientes que los enfriadores evaporativos directos.

Los enfriadores de pantano requieren mantenimiento. Las almohadillas deben limpiarse o cambiarse regularmente para evitar ese olor a pantano y los problemas asociados con la calidad del aire. Los minerales en el agua también pueden acumularse a medida que el agua se evapora, lo que requiere una purga de aguas residuales ricas en minerales con el tiempo. Se recomienda revisar las almohadillas, los filtros, el depósito y la bomba al menos una vez al mes y reemplazar las almohadillas al menos dos veces durante la temporada de enfriamiento o una vez al mes durante el funcionamiento continuo. Los enfriadores también requieren un suministro constante de agua, entre 4,4 y 10,4 galones (17 a 40 litros) por hora, según el tamaño. Eso puede ser una tarea difícil en los climas cálidos y secos donde los enfriadores de pantano funcionan mejor.

Por supuesto, los acondicionadores de aire también requieren mantenimiento, ya sea cambiar el filtro cada tres meses o tener un servicio técnico anual para que siga funcionando. Pero los enfriadores de evaporación que forman parte de una unidad HVAC también necesitan un profesional para desconectarlos al final de la temporada. El proceso implica drenar y enjuagar completamente el sistema de agua para evitar que una helada invernal dañe la unidad. El técnico también debe volver a conectarlo en verano.

Temperatura de bulbo húmedo y seco

Para predecir cuánto enfriará el aire un enfriador de evaporación, debe conocer la temperatura de bulbo húmedo y seco. El bulbo seco es fácil:es solo la temperatura normal del aire. La temperatura de bulbo húmedo te indica la temperatura de saturación adiabática , que es la temperatura indicada por el bulbo de un termómetro humedecido expuesto al flujo de aire. Se mide con un termómetro cubierto con un calcetín de tela húmedo y expuesto al flujo de aire.

La temperatura de bulbo húmedo siempre es más baja que la temperatura de bulbo seco, y la diferencia entre las dos es la depresión de bulbo húmedo. Dependiendo de cuán eficiente sea su enfriador de evaporador, puede bajar la temperatura hasta en un 95 por ciento de la depresión de bulbo húmedo. Imagine que usted y su enfriador evaporativo están en Las Vegas, y hace 108 grados Fahrenheit (42 grados Celsius) afuera con una temperatura de bulbo húmedo de 66 grados Fahrenheit (18 grados Celsius). Un enfriador de evaporación que funcione con una eficiencia del 85 por ciento puede reducir la temperatura a unos agradables y frescos 72,3 grados Fahrenheit (22,3 grados Celsius), justo en la zona de confort humano.

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• Enfriadores evaporativos | Departamento de Energía