Control de Humedad

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Tijuana, B.C. 2019

Control de Humedad



Inicios del control industrial de la humedad en el aire.En 1902 un joven emprendedor llamado Willis Carrier invento el primer aire acondicionado

moderno usando el mismo principio de operación que los actuales, este nuevo sistema fue desarrolladoe inventado para una imprenta establecida la ciudad de New York llamada Sackett & Wilhelms quienestenían serios problemas de calidad en sus procesos por una elevada humedad dentro de su planta, elnuevo sistema de Willis Carrier entro en operación el verano de ese mismo año solucionado el graveproblema que la imprenta tenia e iniciando todo un campo nuevo en la ingeniería mecánica dedicado alestudio de los procesos frigoríficos y psicrométricos del aire, así como también paralelamenteiniciando una nueva industria de equipos, aparatos y sistemas dedicados al control de las condicionesclimáticas interiores.



Que es la humedad en el aire?En esencia es el agua que se encuentra disuelta en forma de vapor en el aire, es muy

importante resaltar la palabra “disuelta” ya que esto quiere decir que la mezcla formada por el aire y elagua es una mezcla homogénea y por lo tanto no es posible distinguir a simple vista a los doselementos que la componen (aire y agua), en otras palabras esta agua no la podemos ver pero ahí esta,existen varias formas de medirla sin embargo el termino mas comúnmente utilizado es el de humedadrelativa que se mide en %R.H. , pero también existente otros términos tal como humedad absoluta(Gr/lb) o Calor latente (BTU).Aunque el termino de humedad relativa es el termino mas popular ya que lo escuchamosprincipalmente en los datos climáticos, en especificaciones de equipos y/o procesos no es un terminofácil de entender y comprender en su totalidad.



Que es la humedad relativa?En definición es la proporción de contenido de agua disuelta que tiene el aire en referencia

a la máxima cantidad de agua que es capaz disolver en ese momento.Ahora las palabras a resaltar en esta definición son “en ese momento”, como su nombre lo dice“humedad relativa” es un propiedad del aire que es “relativa” es decir es afectada, cambiada,modificada por otros factores tales como: Aumento o disminución de la presión atmosférica, Aumentoo disminución de la temperatura ambiente, variaciones en temperatura de bulbo seco, temperatura debulbo húmedo, densidad del aire, procesos adiabáticos, etc., etc..En otras palabras todas las otras propiedades físicas del aire afectan, así como múltiples factoresexternos, aumentan o disminuyen el %R.H. del aire que comparten.



Que es la humedad relativa?Entonces si es tan complicado el entendimiento de la humedad relativa porque es el termino

mas popular?Una posible respuesta es que los otros términos como “Granos de agua por libra de aire seco” o “mmde mercurio de presión de vapor a 1 atmosfera”, “temperatura de bulbo seco”, “temperatura de bulbohúmedo” son inclusive mas complejos y con unidades de medición mas elaboradas.El termino de %R.H. es complejo pero es el menos complejo del resto de los términos de lapsicrometría, además es el que se puede “sentir” por el ser humano, por ejemplo al viajar a zonastropicales podemos sentirnos abochornados por que existe una alta humedad relativa en esos lugares ypodemos sentir la garganta muy seca en los climas desérticos por la baja humedad relativa, así mismopodemos observar que en lugares desérticos es mas fácil secar ropa que en lugares tropicales, inclusohay algunas tablas que tratan de plasmar estas sensaciones y les llaman “Tablas de sensación térmica”y sirven para evaluar riesgos por golpes de calor a la salud humana.



Estudio de la Humedad en el aire.Psicrometría: (del griego ψυχρομετρία, compuesto por ψυχρός, «frío», y μετρία,

«medición»), es una rama de la ciencia dedicada al estudio de las propiedades termodinámicas del airey al efecto de la humedad atmosférica en los materiales y en el confort humano.La herramienta mas importante de esta rama de estudio es la Tabla Psicrométrica.



Aplicación del control de humedad.

El uso e implementación del control de humedad relativa en el aire %R.H. para suaplicación industrial comenzó con la invención de Willis Carrier en 1902 pero ese fue solo el inicio laaplicación hoy en día del control de humedad es muy basto algunos ejemplos son:

- Electrónica-Semiconductores- Micro mecánica- Óptica- Nanotecnología- Biotecnología- Farmacéutica- Medica- Alimenticia- Museos-Bibliotecas



Tipos de control de humedad.Existen dos tipos de control básico de humedad para las aplicaciones industriales:

- Deshumidificación: Remoción de humedad del aire.- Humidificación: Aportación de humedad al aire.



Deshumidificación.Como se definió anteriormente es la remoción de humedad “real” disuelta en el aire es decir

lb de agua efectivamente removidas o sustraídas del aire a acondicionar, los tres métodos mas comunespara deshumidificar son: Condensación por enfriamiento, compresión del aire y por métodos químicosde absorción (sal sílice u otro compuesto).



Deshumidificación.Cabe resaltar un punto clave que se menciono anteriormente el cual fue “humedad real

removida del aire, es decir es muy fácil caer en el espejismo que al calentar el aire se esta realizandoun proceso de deshumidificación, esto no es así lo que sucede al calentar el aire es que afectamos a sudensidad y con esto se separan mas las moléculas de aire entre si lo que permite que puedan colocarsemas moléculas de agua entre las del aire, en otras palabras aumentamos temporalmente su capacidadmáxima de contener humedad y por eso nuestro %R.H. baja, sin embargo el aire sigue teniendo lamisma cantidad de lb de agua que inicialmente tenia y por lo tanto no se realizo ningunadeshumidificación.



Humidificación.Es el proceso de aportación o adición de humedad al aire por acondicionar los tres métodos mascomunes son: Inyección de vapor de agua (humidificación isotérmica), absorción (humidificaciónadiabática) y por atomización directa (humidificación adiabática).



Humidificación.De igual manera que en el punto clave de la deshumidificación, aquí en la humidificación no se debecaer en un espejismo pero en sentido opuesto, si enfriamos el aire no estamos realizando ningúnproceso de humidificación, solo estamos cambiando la densidad del aire y por ende la capacidadmáxima de retener humedad disuelta y por tanto observaremos que la %R.H. tiende a subir, sinembargo en ningún momento estamos aportando humedad alguna, por el contrario si enfriamos masallá del punto de saturación realizaremos un proceso de deshumidificación.



Los cuatro pilares para un buen control de humedad.Una área puede requerir dependiendo de su propósito controlar la alta humedad es decir que lahumedad no suba de cierto nivel o en otras áreas controlar la baja humedad es decir que la humedad nobaje de cierto punto o en áreas muy especiales será necesario controlar las dos, lo que llevara a que elsistema de HVAC cuente con ambas capacidades, deshumidificar y humidificar.Si bien un sistema de aire acondicionado con estas características es fundamental para lograr losresultados deseados no basta solo con esto, existen 4 pilares fundamentales a considerar y cumplir paralograr los resultados satisfactorios que esperamos.

1.- Construcción adecuada del área.

2.- Sistema de aire acondicionado adecuado.

3.- Sistema de automatización adecuado.

4.- Un correcto diseño mecánico integral del sistema.



Construcción de áreas controladas.El reto en la construcción de áreas controladas es proveer de un recinto que aloje los

procesos de producción, facilite un eficiente flujo de personal y materiales, minimizando lasinfiltraciones externas que perturben las condiciones de humedad y temperaturas internas.La selección de los adecuados materiales de construcción y acabados son parte crucial del reto en laconstrucción para lograr los resultados esperados.-Muros:Paredes o muros construidos de materiales porosos, tales como, madera, cartón, concreto no estánpermitidos, se deben utilizar materiales y/o acabados que integren aislantes térmicos y barreras devapor o impermeables que eviten la transmisión de humedad a través de los materiales deconstrucción, como pueden ser: paneles de multipanel, cancelería de aluminio y melamina, etc.. El usode muros de tabla roca son permitidos únicamente si a la superficie interior de los muros se le colocaun acabado de pintura o recubrimiento epoxico impermeable.



Construcción de áreas controladas.-Pisos:Así como los muros, los pisos deben tener acabados que no sean porosos para evitar el paso dehumedad del subsuelo, pisos con recubrimiento epoxico y/o poliuretano son deseables, también sonutilizados pisos de vinil en rollo con juntas soldadas con zoclos monolíticos del mismo materialrematando con curva sanitaria en los muros.



Construcción de áreas controladas.-Plafón:El plafón mas utilizado en la construcción de áreas controladas es el falso plafón registrablesuspendido con herraje a base de perfil “T” invertido de 15/16” de acero rolado pintado de blanco o dealuminio acabado natural, la hoja de plafón de tabla roca con cubierta de película de vinil (barrera devapor) en la cara interior, sellada en su unión con la retícula y/o perfil “T”.



Construcción de áreas controladas.-Alumbrado:La luminaria o lámpara típica de 2x4 Ft de montaje en plafón contiene numerosos orificios y huecosderivados de su proceso de producción típico, por lo que este tipo de luminaria no es permitida para suuso en áreas controladas ya que permitiría el ingreso de aire contaminado del exterior y/o perdida depresión positiva del cuarto. Hoy en día existen lámparas especialmente diseñadas para áreascontroladas las cuales cuentan con escotillas selladas con empaque y cuerpo sin orificios lo quegarantiza que no migrara a través de esta ningún contaminante o fuga de presión del cuarto, deberánsellarse al ser montadas sobre la retícula de plafón de perfil “T” invertida.



Construcción de áreas controladas.-Puertas:Las puertas para áreas controladas mas comúnmente utilizadas son las fabricadas de cancelería dealuminio extruido total o parcialmente de vidrio, también son aceptadas las puertas de acero o maderasiempre y cuando se les de un acabado con pintura epoxica o cualquier otro terminado que evite o sellela porosidad. Así mismo se debe procurar que estas puertas sean lo mas herméticas posible para evitarlas infiltraciones de contaminantes y perdida de presión positiva del área controlada. Es altamenterecomendado evitar el uso de puertas abatibles ya que estas provocan turbulencias de aire cada vez queson abiertas lo que provoca ingreso de contaminación al área controlada, se recomienda optar porpuertas deslizables y/o rápidas enrollables.



Construcción de áreas controladas.-Ventanas:Aunque no hay ninguna razón técnica que requiera el uso de ventanas en las áreas controladas, lacolocación de estas es necesaria para reducir el estrés claustrofóbico al que son sometidos el personalal estar largas jornadas dentro de estos espacios controlados y que se sientan así, mas conectados almundo exterior, por otro lado también son muy útiles para que personas en el exterior comosupervisores, seguridad, visitas, etc. Puedan observar las actividades en el interior del área controlada.Típicamente estas ventanas son fabricadas de vidrio templado con marco de aluminio completamenteselladas y sin apertura, deben ser reculadas en la medida de lo posible al paño interior del muro parareducir las áreas de acumulación de polvo y partículas dentro del área controlada.



Construcción de áreas controladas.-Accesos:Dependiendo de uso del área se deberá por lo menos instalar una esclusa para el ingreso de personal alárea controlada, así como una para el ingreso y salida de materiales, estas esclusas de transferencia sonnecesarias para evitar que el área controlada este directamente conectada con áreas no controladas queafectarían las condiciones controladas de humedad y temperatura del área cada vez que se abra unapuerta para ingresar, es por esta razón que es necesario contar con esclusas de acceso y salida para elpersonal y materiales.



Sistema de aire acondicionado, HVAC.Así de importante como es la construcción física del recinto que será nuestra área controlada, es desuma importancia instalar un sistema de aire acondicionado adecuado para cumplir con las necesidadeso requerimientos ambientales (temperatura y humedad) que esperamos tener dentro del áreacontrolada, para lograrlo es vital realizar un adecuado diseño del sistema de HVAC que será el“corazón” de nuestra área controlada durante su operación.



Sistema de aire acondicionado, HVAC.-Parámetros de diseño:Todo diseño de un sistema de aire acondicionado para una área controlada, parte de los parámetros dediseño requeridos, parámetros como; condiciones de temperatura, humedad y presión positivarequerida.

a) Temperatura: Definir la temperatura adecuada es de suma importancia y es necesario tomar encuenta los requerimientos del producto y proceso, así como el confort del personal que estarálaborando dentro y que depende directamente del tipo y código de vestimenta que será utilizada por elpersonal, es decir para una área de oficinas donde las personas vestirán prendas regulares unatemperatura de confort adecuada sería de 74 °F +/- 3 °F, sin embargo para un código de vestimenta con“bunny suit” o de traje completo será necesaria una temperatura mucho menor para lograr el mismoconfort en el personal.



Sistema de aire acondicionado, HVAC.-Parámetros de diseño:b) Humedad relativa: Definir la humedad relativa adecuada es también de suma importancia, esnecesario tomar en cuenta los requerimientos del producto y proceso, así como el confort del personalque estará laborando dentro, generalmente este parámetro es definido por el proceso ya que el rango dehumedad relativa para el confort humano es muy amplio va de 30 a 70 % H.R. Se debe tomar encuenta que humedades por debajo del 35% H.R. generan problemas de electroestática y humedades porencima del 70% H.R. pueden generar crecimiento de hongos y corrosión. Un parámetro común enáreas controladas es de 50% H.R. +/- 10%.



Sistema de aire acondicionado, HVAC.-Parámetros de diseño:c) Presurización: La presurización o presión positiva del área controlada con respecto a las áreasadyacentes es de suma importancia ya que esto impide que la contaminación del exterior (humedad ytemperatura) ingrese al área controlada por las ranuras, orificios, perímetros de puertas y/o cualquierotra abertura que haya quedado en el la construcción y por la cual pudiera ingresar contaminación, lapresión positiva genera un flujo constante del interior al exterior a través de estas ranuras o aberturas loque impide que la contaminación entre al área controlada y provoque variaciones en las condicionescontroladas, esta presión positiva debe ser analizada con detenimiento ya que para calcularlaadecuadamente se debe tomar en cuenta la cantidad de accesos, ranuras y la cantidad de flujo deextracción de aire en caso que haya procesos que requieran extracción dentro del cuarto limpio, sitodos estos parámetros no se consideran adecuadamente, el área no tendrá la presión positiva mínimarequerida.



Sistema de aire acondicionado, HVAC.-Diseño del sistema de HVAC:Una vez definidos los parámetros a controlar del área tal como temperatura, humedad y presurizaciónrequeridos para el área controlada, se procede a la realización de cálculos térmicos, cálculos dedeshumidificación y de humidificación para obtener la capacidad y características de los equipos delsistema de aire acondicionado a utilizar. Los cuales deben de contener lo siguiente:



Sistema de aire acondicionado, HVAC.-Diseño del sistema de HVAC:a) Etapas de filtración: Todas las etapas de filtración necesarias para obtener una calidad de airerequerida. MERV 8, MERV 10, MERV 14 y filtro HEPA (MERV 18) o ULPA (MERV 20).



Sistema de aire acondicionado, HVAC.-Diseño del sistema de HVAC:b) Unidad manejadora industrial: Se debe de instalar una unidad manejadora grado industrial quecuente con el adecuado serpentín de enfriamiento para ser capaz enfriar y deshumidificar durante laépoca de verano, así como que contenga los elementos y secciones necesarias para la resistenciaeléctrica para recalentamiento y calefacción, así como la sección para la instalación del humidificador.



Sistema de aire acondicionado, HVAC.-Diseño del sistema de HVAC:c) Humidificador: Para la época de invierno y/o en condición de vientos de Santa Ana se debe instalarun humidificador que aporte humedad al cuarto limpio para elevar esta humedad relativa cuando así lodemanden las condiciones ambientales y evitar que este parámetro salga del rango establecido.



Sistema de automatización.Automatización: Es vital para el correcto funcionamiento y control del sistema de aire acondicionadola instalación de un sistema de automatización integral, diseñado a la medida para controlar todos losequipos y elementos del sistema de HVAC y que estos trabajen en armonía y sean capaces de mantenerlas condiciones ambientales dentro del área controlada según los set-points especificados.



Correcto diseño y cálculos.-Diseños poco adecuados del sistema de HVAC:Es de suma importancia para el consumidor quien planea construir una área controlada, asesorarse yobtener propuestas de empresas especializadas en el diseño y construcción de este tipo de recintos, nosolo en la parte arquitectónica y civil, si no también, en la empresa se aire acondicionado que diseñaray calculara las capacidades y requerimientos de los equipos de HVAC, ya que es muy común en elmedio que se instalen sistemas de aire acondicionado poco adecuados para el uso industrial o malcalculados, lo que resulta en una muy mala inversión ya que es muy difícil hacer correcciones sobreestos sistemas y en la mayoría de los casos se tiene que retirar toda la instalación hecha y volver hacertodo de nuevo.

Diseño poco competente.



Correcto diseño y cálculos.Diseño ideal. El aire es 100% acondicionado.



Correcto diseño y cálculos.Diseño correcto. El aire es 100% acondicionado.



Correcto diseño y cálculos.



Tijuana, B.C. 2016

Gracias por su atención.

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