¿Cómo surgió el aire acondicionado por evaporación para enfriar?

La evaporación de agua es una de las técnicas empíricas más antiguas usadas por el hombre para conseguir bajas temperaturas. Se desarrolló principalmente en culturas con climas semidesérticos y desérticos como Egipto, Persia y el oriente de China, ya que un nivel muy bajo de humedad en el ambiente facilita la evaporación.

Esencialmente, la cantidad de energía empleada para evaporar cada molécula de agua, es la energía que se remueve, y gradualmente, el agua que permanece en estado líquido va descendiendo su temperatura; si la tasa de evaporación es muy rápida, como la que se obtiene en un ambiente muy seco o con un flujo de aire, el descenso de temperatura puede alcanzar el punto de congelación.

Para comprender un poco mejor este suceso, se puede realizar un experimento casero muy sencillo, dejando caer unas gotas de alcohol o acetona en tu mano y soplando, y comprobar que en verdad es un principio muy sencillo; podemos agregar también que, es fácil de implementar y los materiales usados no son muy costosos, su operación no requiere mucho consumo de energía y su mantenimiento es muy bajo.

Por ejemplo, los egipcios sumergían parcialmente paños en vasijas con agua con lo que el agua subía por capilaridad a través de las fibras; los persas construyeron pozos de almacenamiento de alimento (Figura 1).

Figura 1.- Los persas le llamaron yakhchal y los egipcios barjeels, son torres de enfriamiento que canalizan el viento y lo hace pasar a través de un embudo, induciendo un vórtice en el interior. En el fondo existe un cuerpo de agua, con lo que el aire de la parte inferior se enfría por humidificación y el de la parte superior, más caliente, es expulsado por una apertura en la cima de la torre.

Los romanos forzaban el paso del aire por ductos de agua subterráneos con lo que el aire se enfriaba por humidificación, incorporándose a las habitaciones por la parte inferior, mientras que el aire caliente era expulsado por una apertura en la parte alta de una torre, donde se creaba un descenso de presión que induce el flujo de aire (Fig.2).

Figura 2: Los romanos incorporaron en sus construcciones, lo que ahora llamaríamos aire acondicionado por humidificación y flujo natural de aire.

Los sistemas de enfriamiento evaporativo son muy eficientes en términos del consumo de energía, sin embargo, ocupan más espacio que otros sistemas de capacidad similar y estéticamente, no son muy atractivos. Su uso quedó relegado a la industria por mucho tiempo en forma de torres de enfriamiento, como se ilustra en la Figura 3.

Figura 3: Torres de enfriamiento industrial. Las fumarolas no son de contaminación, es vapor de agua.

En las décadas de los 60 y 70 se comenzó a desarrollar una corriente en la arquitectura que trató de incorporar el concepto de bioclimatización, que en esencia consideraba el enfriamiento evaporativo, flujo de aire convectivo y materiales más adecuados, sin embargo, se puso énfasis en el ahorro de energía y la estética se dejó de lado. Por lo que se tenían edificios con un sistema de aire acondicionado muy eficiente, pero la apariencia final no era muy atractiva, y entonces la refrigeración evaporativa tardó mucho en aceptarse como una opción viable (Figura 4).

Gradualmente se han mejorado los diseños para incorporar el sistema de refrigeración evaporativo de forma más discreta y elegante, disfrazando las torres de enfriamiento con otros elementos, que en conjunto, dan la apariencia de espacios escultóricos y arquitectura modernista (Figura 4).

Figura 4: La climatización pasiva, proporcionada por el enfriamiento evaporativo y el flujo natural de aire, requiere una planeación desde las etapas iniciales de diseño.

A nivel de edificios públicos, donde no hay restricciones de espacio, los sistemas de enfriamiento evaporativo se han incorporado de manera muy elegante, creando entornos muy atractivos, como el del Aeropuerto Internacional de Changi en Singapur (Figura 5).

Figura 5: Usando materiales más avanzados y con la asistencia de software, es posible evaluar el diseño y su desempeño antes de la construcción.

Y también se están creando soluciones a pequeña escala para la climatización residencial y la refrigeración de alimentos.

Figura 6: Otras aplicaciones del enfriamiento evaporativo. En la parte superior, un contenedor con agua fría, humedece una esponja y el aire es forzado a pasar a través humedeciendo el aire. A la izquierda, un cabezal de ultrasonido induce la atomización del agua y es distribuido por pequeños orificios en el óvalo, con esencias diluidas en el agua, es posible aromatizar el ambiente al mismo tiempo que se humidifica el aire; a la derecha se tiene un refrigerador, formado por dos contenedores cilíndricos entre los que se coloca arena húmeda, al evaporarse el agua se mantiene frío el recipiente interior, lo suficiente para mantener fresco el contenido.

El enfriamiento evaporativo es una de las estrategias que tiene alrededor de tres mil años de haber sido implementada, la cual se estudia a profundidad en la Ingeniería en Tecnología del Frío que se oferta en la Escuela Superior de Apan (ESAp), pero con el uso de materiales y softwares más avanzados, ya que sigue siendo un tema actual de investigación e innovación.

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