Deshumectación por desecante: gel de sílice y zeolitas

Un deshumectador por condensación funciona bien entre 15 y 35 °C, pero por debajo de 15 °C su rendimiento cae en picado, y por debajo de 5 °C deja de funcionar, porque el condensado se congela en el evaporador. Sin embargo, las cámaras frigoríficas, la fabricación de medicamentos o el secado del aire comprimido necesitan humedades muy bajas. La solución es la deshumectación por desecante: un material adsorbente retiene el vapor de agua directamente del aire que lo atraviesa, sin enfriarlo por debajo del punto de rocío. El punto de rocío resultante puede bajar a −40 °C o menos.

Adsorción frente a absorción

Los dos procesos retiran agua, pero de forma distinta. La absorción es un fenómeno de volumen: el agua se disuelve en un absorbente líquido (cloruro de litio, glicoles). La adsorción es un fenómeno de superficie: las moléculas de agua se fijan a la superficie de un material sólido poroso por fuerzas de atracción, sin reacción química. La adsorción es reversible: al calentar el adsorbente, el agua se libera y el material se regenera.

Materiales adsorbentes

Gel de sílice

Dióxido de silicio amorfo con una enorme superficie interna, de hasta 800 m² por gramo. Su capacidad de adsorción es del 20–40 % de su propio peso en agua, con regeneración a 120–180 °C. Es el adsorbente industrial más extendido por su disponibilidad, su inocuidad y su estabilidad; funciona mejor con humedades relativas del 30–90 %.

Zeolitas (tamices moleculares)

Aluminosilicatos cristalinos con un tamaño de poro definido con precisión. Retienen el vapor de agua incluso con una humedad relativa muy baja (por debajo del 10 %), donde el gel de sílice ya no rinde. Se regeneran a 200–350 °C. Usos: secado de aire comprimido hasta un punto de rocío de −70 °C, producción de gases técnicos, industria farmacéutica.

Cloruro de litio (LiCl)

Una sal muy higroscópica con la que se impregna el material del rotor en aplicaciones de baja temperatura. Con φ < 15 % es más eficaz que el gel de sílice; su inconveniente es que es corrosivo.

El rotor desecante: principio y ciclo

El equipo más utilizado es el deshumectador rotativo (rotor desecante). Una estructura cilíndrica rellena de adsorbente gira despacio (6–20 vueltas por hora) y pasa alternativamente por dos sectores:

• Sector de proceso (adsorción): el aire húmedo de proceso atraviesa el rotor, el vapor se adsorbe en el material y el aire sale seco y más caliente (la adsorción es exotérmica).
• Sector de regeneración: aire caliente de regeneración (80–350 °C según el adsorbente; temperaturas más bajas para el gel de sílice y el LiCl, más altas para las zeolitas) atraviesa el rotor en sentido contrario, desorbe el agua y se la lleva.

El rotor gira sin parar, con una parte siempre en adsorción y otra en regeneración, y el resultado es una deshumectación continua y prácticamente constante.

El proceso en el diagrama psicrométrico

En el diagrama de Carrier, la adsorción va hacia abajo y a la derecha: la humedad específica $W$ baja, pero la temperatura sube, porque la adsorción desprende calor (en el diagrama de Mollier, la misma línea va en diagonal hacia arriba y a la izquierda). La temperatura de salida del aire de proceso puede subir entre 10 y 30 °C. Por eso tras la adsorción suele hacer falta una batería de postenfriamiento que lleve el aire en horizontal hacia la izquierda, hasta la temperatura necesaria, conservando su baja humedad. La combinación rotor + postenfriamiento es la configuración estándar de un deshumectador industrial por desecante. Cómo encaja entre los demás procesos lo explica el artículo sobre los procesos del aire húmedo.

COP y consumo de energía

La relación efectiva entre el efecto útil y la energía aportada (un «COP» simplificado, aunque en la adsorción se trata sobre todo de calor de regeneración y no del trabajo mecánico de un compresor) es claramente menor en un deshumectador por desecante que el COP real de uno por condensación: normalmente 0,3–0,8 frente a 1,5–4,0. El mayor consumo es el precio de poder trabajar a bajas temperaturas y alcanzar puntos de rocío extremadamente bajos. Una ventaja puede ser regenerar con calor renovable o residual (aire de extracción industrial, energía solar térmica), y entonces el balance energético se inclina claramente a favor del desecante.

Aplicaciones en la práctica

• Farmacia y biotecnología: fabricación de medicamentos y liofilización; punto de rocío de −20 a −40 °C, con control preciso.
• Aire comprimido: puntos de rocío de −20 a −70 °C según la clase de la ISO 8573-1; imprescindible en neumática, láser y fabricación electrónica.
• Piscinas cubiertas y parques acuáticos: con temperaturas por encima de 30 °C y una gran producción de humedad, los sistemas desecantes o híbridos son más fiables.
• Almacenes y archivos: museos, archivos, almacenes de baterías; mantenimiento prolongado de humedades por debajo del 30 % con temperaturas variables.
• Industria alimentaria: confitería, caramelos y productos en polvo, que absorben humedad del aire y se apelmazan.

Preguntas frecuentes

¿Cuándo elegir un deshumectador por desecante en lugar de uno por condensación? Con temperaturas bajas (por debajo de 15 °C) o cuando se necesita un punto de rocío muy bajo (por debajo de 0 °C), donde la condensación falla o no es económica.

¿Por qué sale caliente el aire de proceso del rotor? La adsorción es exotérmica: al fijarse el vapor al adsorbente se libera calor. Por eso detrás del rotor se suele colocar una batería de postenfriamiento.

¿En qué se diferencian el gel de sílice y la zeolita? El gel de sílice tiene mucha capacidad con humedades normales (30–90 %). La zeolita, gracias a su tamaño de poro preciso, retiene agua incluso con humedades muy bajas (por debajo del 10 %), y por eso se usa para puntos de rocío extremadamente bajos.