¿Qué es y cómo funciona el enfriamiento adiabático?

En la actualidad estamos escuchando a menudo el concepto de enfriamiento adiabático en ambientes industriales acompañado de ideas como ahorro energético, reducción de costes y sistemas simples baratos.

Pero debemos preguntarnos: ¿En qué consiste este tipo de proceso denominado enfriamiento adiabático? ¿Es deseable en todos los casos? ¿Es una tecnología tan moderna?

¿Qué es el enfriamiento adiabático?

En esencia el enfriamiento adiabático es un proceso físico en el cual se cruza una corriente de aire caliente con pequeñas partículas pulverizadas de agua, también se suele utilizar paneles empapados en agua cruzados con el flujo de aire. Estas partículas tienden a robar energía calorífica al aire caliente y consiguen hacer cambiar de estado al agua, (consumo de calor sensible y almacenamiento en calor latente en el vapor de agua). Esta pasa de estado líquida a gaseosa, de ahí que a este fenómeno se le dé el nombre de adiabático que nos indica que se hace a temperatura constante.

En términos termodinámicos, un proceso adiabático implica un flujo de energía a temperatura constante, en nuestro caso, el agua pasa de liquida a gaseosa a 100 ºC y durante todo el proceso necesita mantener esta temperatura para lo cual absorbe energía del entorno que en nuestro caso es la corriente de aire caliente. Esta corriente tras el robo de energía queda como corriente de aire frío, por lo que conseguimos a partir de una corriente de aire caliente transformarla en aire frío.  Por último, solo nos resta usar esa corriente para nuestros propósitos de enfriamiento.

¿Cómo funciona el enfriamiento adiabático?

Los sistemas de climatización de enfriamiento adiabático absorben el calor transformando el vapor de agua en una corriente de aire caliente y seca. Al gasificarse, el agua evaporada humedece a la par que enfría la corriente de aire. Los sistemas de enfriamiento adiabático pueden llevar un amplio rango de nombres y configuraciones, pero, por norma general, pueden clasificarse en tres categorías:

• Enfriamiento evaporativo directo: este tipo de sistemas de climatización expulsan aire seco. A medida que el aire va avanzando a través del conducto húmedo, el vapor de agua enfría y humedece la corriente de aire. Este proceso se denomina enfriamiento adiabático directo.
• Enfriamiento evaporativo indirecto: su funcionamiento se asemeja mucho al del enfriamiento directo, a excepción de que en este sistema se emplea un intercambiador de calor para separar el aire por enfriar de las corrientes de aire provenientes del exterior. Esto permite que el aire se enfríe sin empapar el ambiente de humedad. Este proceso se denomina enfriamiento adiabático indirecto.
• Torres adiabáticas de enfriamiento: se trata de sistemas de climatización o condensadores de refrigeración capaces de activar el enfriamiento adiabático si el aire del exterior se recalienta demasiado como para eliminarlo de forma eficiente.

Aplicación del enfriamiento adiabático en climatización y en industria

Respecto a si es deseable el uso del enfriamiento adiabático, podemos indicar que estos equipos son sencillos y no requieren de partes móviles como compresores ni bombas. Además, si en un proceso industrial contamos con un caudal de aire caliente del proceso productivo, nos puede interesar aprovecharlo para en un equipo de enfriamiento adiabático, con el consiguiente ahorro y aprovechamiento energético.

No obstante debemos contar con el grado de humedad que le transmite este proceso al caudal de aire y si por ejemplo queremos usarlo para refrigeración de un local habitable contar con otras variables como el grado de humedad, que sea confortable y si tenemos que actuar con otros elementos para controlarlo.

Por tanto, no siempre será deseable ese aprovechamiento, ya que debemos contar con las necesidades reales de las variables de temperatura y humedad, lo que conllevaría otros sistemas de regulación y control.

En esta situación, la persona competente que va a dimensionar el sistema debe, en cada caso, evaluar los procesos y los distintos equipos posibles de diferentes fabricantes y optar por la solución que suponga un menor impacto medioambiental y que sea viable económicamente.

En definitiva, los sistemas de enfriamiento adiabático en ambientes industriales son soluciones muy atractivas por su simplicidad, buenos rendimientos, bajos costes y mínimo mantenimiento.

Ventajas y desventajas del enfriamiento adiabático

Ventajas del enfriamiento adiabático

• Es un proceso natural que ocurre en la atmósfera y que contribuye a la formación de nubes y precipitaciones.
• Se puede utilizar en sistemas de refrigeración evaporativa para enfriar el aire en edificios, lo que puede reducir el consumo de energía en comparación con otros sistemas de enfriamiento.

Desventajas del enfriamiento adiabático

• La eficiencia del enfriamiento adiabático depende de la humedad relativa del aire, ya que si el aire está muy húmedo, el proceso de evaporación será menos efectivo y el enfriamiento será menos significativo.
• El enfriamiento adiabático no es adecuado en condiciones extremas de temperatura y humedad, como en climas tropicales y húmedos, pues de por sí el aire ya está saturado de humedad y no puede absorber más agua.
• En algunos casos, el enfriamiento adiabático puede generar condensación y humedad en el ambiente, lo que supone un problema en áreas con altos niveles de humedad o donde se requiere un ambiente seco, como en ciertas aplicaciones industriales o de almacenamiento.

Ejemplos de enfriamiento adiabático

En la actualidad, en ambientes industriales se tiende mucho al desarrollo de sistemas eficientes que consiguen buenos resultados con un ahorro energético y, por tanto, un ahorro económico.

Es el caso del enfriamiento adiabático, el cual ha tenido un auge en estos últimos años, los fabricantes nos ofrecen soluciones mediante este sistema tanto para instalaciones industriales como para aplicaciones de climatización en edificios.

De este modo, se ha desarrollado mucho la aplicación del proceso y se han conseguido subsanar muchos problemas, aprovechando este fenómeno en aplicaciones de frío tanto industrial como climatización en ambientes terciarios.

Pero este fenómeno de enfriamiento adiabático ha estado muy presente tanto en la naturaleza como en otras aplicaciones desde tiempo inmemoriales, y, por tanto, no se trata de ningún fenómeno actual ni de invención o descubrimiento reciente. Veamos dos ejemplos reales de enfriamiento adiabático que nos serán muy familiares:

• El primer caso es el del cuerpo humano, el cual mediante la expiración del sudor y su evaporación en contacto con el aire exterior, absorbe energía del interior del cuerpo para regular la temperatura interna del mismo.
• Otro proceso que se lleva utilizando desde culturas muy antiguas es el enfriamiento del agua para consumo humano en vasijas de barro porosas (botijos). Debido a la porosidad del material, parte del agua se filtra y en la cara externa en contacto con el aire exterior se evapora, robándole calor al interior del recipiente y, por tanto, enfriando el agua del interior.

Con estos ejemplos queda demostrado que el fenómeno de enfriamiento adiabático es un proceso que durante muchos años atrás, la naturaleza ha explotado y que en la actualidad hemos sido capaces de aplicar en procesos industriales para obtener fuentes de frío simples y económicas.

Nos hemos valido del criterio indiscutible de la naturaleza, la cual siempre opta por los procesos más simples y de mejor rendimiento, para aplicar el enfriamiento adiabático a soluciones adaptadas a procesos industriales y de climatización obteniendo resultados muy favorables.