Punto de Rocío Bajo

Batería de litio

Habitación seca con control de clima

El PowerPurge patentado

Placa de circuito de batería de litio

Dietmar Müller, director general de Munters GmbH

Una forma de tecnología climática algo más especializada se ocupa de proporcionar aire extremadamente seco para procesos de producción específicos. En la jerga técnica, se habla de aplicaciones de Punto de Rocío Bajo. Desde hace muchos años, la empresa Munters se dedica al desarrollo, diseño y suministro de estos deshumidificadores especiales. La gama de productos abarca desde deshumidificadores hasta entregas completas, incluyendo salas secas y paquetes todo incluido con cobertura de servicio 24/7.

¿Qué se entiende por Punto de Rocío Bajo?

Las soluciones de Punto de Rocío Bajo comprenden aplicaciones en la clase de aire entre un punto de rocío de -40 °C y -65 °C. Un punto de rocío de -40 °C corresponde a un contenido absoluto de agua de 0,0793 g/kg, y a -60 °C de punto de rocío, ya se habla de un contenido absoluto de agua en el aire de 0,0066 g/kg.

Otros casos de uso especiales requieren incluso puntos de rocío de -85 °C, 0,0017 g/kg.

Aplicación

Las aplicaciones para aire seco con puntos de rocío entre -20 y -40 °C son variadas y abarcan desde la industria automotriz, la química hasta aplicaciones en el sector farmacéutico.

Cuando se trata de aire realmente seco, las aplicaciones principales se encuentran en el área de baterías o acumuladores o en la tecnología de pantallas planas. En general, en estos entornos de producción se busca prevenir reacciones de las sustancias químicas utilizadas con la humedad del aire. El litio reacciona de forma muy exotérmica con la humedad y es extremadamente hidrofílico. Debido a esta propiedad, el litio se utilizaba anteriormente como secante, entre otros, en rotores de absorción. Lamentablemente, además de estas propiedades, el litio también es muy agresivo y en varias de sus formas es altamente corrosivo.

El uso de baterías de litio en teléfonos móviles, marcapasos u otras aplicaciones médicas se ha expandido en los últimos años en el sector del transporte, por ejemplo en aviones y, en gran medida, en la fabricación de vehículos. Estas baterías requieren instalaciones de producción mucho más grandes y, por lo tanto, cantidades de aire significativamente mayores para llenar de forma fiable las salas secas.

Técnica de procesos

Primero, para el diseño de los componentes del sistema, es necesario conocer información sobre la carga térmica y el número de empleados en producción, así como posibles fuentes de humedad en la sala seca.

Luego, para el diseño de la sala seca, además del área de producción, también hay que planificar con precisión la distribución del aire. Esto puede hacerse disponiendo salidas de aire seco directamente en el lugar de trabajo o mediante flujos laminares que abastecen toda la zona de trabajo, o combinando ambas técnicas.

Lo que determina la carga de humedad es el tipo de actividades que se realizan. Para la carga de humedad relacionada con el trabajo, por sudor y respiración, se asumen valores habituales entre 160 y 200 g H2O/cp/h. Los empleados de Munters GmbH están disponibles para ayudar en la determinación y cuentan con años de experiencia.

Una carga de humedad de 160 g/h por empleado puede parecer muy baja a primera vista, pero representa un gran desafío para la tecnología del sistema en función de los niveles de humedad residual deseados en la sala. Solo la eliminación de la carga de humedad por empleado bajo las condiciones mencionadas requiere un volumen de aire de 1.700 m³/h.

Las salas de producción de baterías suelen operar en modo semiabierto. Esto significa que se extrae aire de escape y se introduce tanto aire fresco como sea necesario, ya sea como flujo de aire contaminado intencionado o al menos para la ventilación de los empleados.

La cantidad de aire recirculado extraído de la sala será muy seco, en función del punto de rocío mínimo acordado en la sala, quizás con un punto de rocío de entrada de -60 °C y aproximadamente -40 °C en el aire de retorno debido a la absorción de humedad.

Este aire recirculado debe mezclarse con aire fresco y volver a secarse a -60 °C. Esto requiere mucha energía. La deshumidificación a este nivel necesita mucho más energía que una aplicación a nivel atmosférico, por ejemplo, de 7 g/kg a 1 g/kg en aplicaciones farmacéuticas normales. Aquí, la planificación del proceso y el concepto de control juegan un papel principal.

Pero primero, la parte principal del proceso, el rotor desecante. Aquí, Munters utiliza diferentes rotores según el caso de aplicación, como un rotor de 400 mm de profundidad, de una sola capa, estabilizado con titanio, o un rotor híbrido de sílice gel y tamiz molecular. Ambos tipos de rotores han sido probados exhaustivamente y certificados, entre otros, como no emisores de polvo y resistentes al fuego.

Los deshumidificadores rotativos funcionan según el principio de adsorción. Es decir, el aire de proceso almacena sus componentes de agua en el interior del rotor sin que haya un cambio de fase. Las moléculas de vapor de agua se depositan en las porosidades del rotor mediante fuerzas de van der Waals y fuerzas electrostáticas. El rotor de adsorción gira sobre su propio eje y se seca o desorbente en la sección de regeneración, conocida como sector de regeneración.

Desde el punto de vista energético, es importante tanto la alimentación o conexión del rotor en el sistema como una planificación cuidadosa de la recuperación de calor. Esta precisión en el diseño se vuelve cada vez más importante, ya que las salas de producción han crecido en los últimos años desde las cajas de guantes hasta toda una planta de producción.

Para optimizar la alimentación del rotor, Munters utiliza los circuitos patentados Power Purge® y Green Purge. Para entender estos procedimientos, es necesario profundizar en la física de la tecnología de rotores, lo cual excede el alcance de este artículo. En resumen, lo importante es operar el rotor de manera que la superficie que absorbe humedad esté lo más cerca posible de la temperatura y velocidad de rotación óptimas para el proceso de adsorción.

La recuperación de calor puede realizarse en varias etapas. Primero, mediante la optimización de la energía interna a través de Power Purge®, luego mediante la recuperación de calor del aire de escape del flujo de aire de regeneración, y también aprovechando la entalpía de vaporización liberada durante el proceso de adsorción. Además, se puede realizar una optimización energética en función de las condiciones deseadas en la sala seca, por ejemplo, aprovechando el calor residual del sistema de refrigeración.

Para reducir costos, incluso es posible utilizar quemadores de gas natural de combustión directa en la zona de regeneración del rotor. Como es sabido, la combustión del gas natural produce dióxido de carbono (CO2) y vapor de agua (H2O). La presencia de vapor de agua en el aire de regeneración dificulta el proceso de secado, pero en la práctica no se ha considerado una desventaja significativa.

En general, al diseñar o revisar un concepto de sala seca, se pueden seguir dos caminos. La filosofía de todo en uno es recomendable para laboratorios o instituciones de investigación, así como para requisitos de puntos de rocío extremos, ya que se requiere una planificación muy detallada. Los socios del sistema experimentados permiten soluciones confiables y energéticamente optimizadas para salas de producción y soluciones modulares para conceptos estándar.

El criterio clave es un diseño correcto y una evaluación adecuada de las cargas iniciales. Munters ha adquirido una amplia experiencia en muchos proyectos y encargos en este campo.