ASHRAE LO-09-026-2009 Humidificación de salas blancas a gran escala mediante el método de humidificación adiabática en áreas subtropicales: un estudio de caso industrial
ASHRAE - American Society of Heating@ Refrigerating and Air-Conditioning Engineers@ Inc.
Alcance
INTRODUCCIÓN La humedad de las salas blancas de alta tecnología a gran escala a menudo se ajusta y mantiene mediante la unidad de aire de reposición (MAU) @ y el equipo para mantener la humedad consiste en serpentines de enfriamiento y humidificadores. Estos ajustan la humedad en el ambiente externo a un estado sin polvo @ y luego la envían a la sala limpia para mantener la humedad. Los componentes principales del MAU incluyen: un ventilador@ serpentines de enfriamiento de dos etapas@ un serpentín de calentamiento (o calentador)@ filtros y humidificador. Los métodos de humidificación incluyen la humidificación por niebla y la humidificación por vapor. El proceso de humidificación con vapor es un proceso casi isotérmico que necesita energía para ingresar al agua. El proceso de humidificación por niebla es un proceso isentálpico que toma la energía de evaporación del aire. Ya sea que se aplique humidificación cuasi isotérmica o isentálpica, el sistema de calefacción es indispensable. Para la humidificación por niebla, la temperatura del aire exterior debe precalentarse a una temperatura con la misma entalpía que la condición de saturación fuera del serpentín. Aquí@ el sistema de calefacción juega un papel importante. Ya sea que se utilice electrocalefacción o una caldera@, supone una gran carga en los costes de operación y mantenimiento. Incluso con un enfriador de recuperación de calor@, afecta negativamente la eficiencia del sistema de enfriamiento principal. Además@ consume gran parte del coste de capital del sistema de calefacción. Normalmente @ MAU emite aire con una temperatura controlada de 11 a 17 °C (51,8 a 62,6 °C) y la relación de humedad controlada a 9,65 °C 10 °C3 kg/kg (lb/lb) para TFT-LCD (película delgada). (Pantalla de cristal líquido con transistores) plantas de fabricación. El aire de reposición (MA) se mezcla con el aire de retorno (RA) para mantener la sala limpia a 23 ± 1 % y 40 ± 5 % de humedad relativa para la mayoría de las plantas de fabricación de alta tecnología. @ incluyendo aquellas en las industrias de semiconductores y TFT-LCD. Sin embargo, @ ciertas áreas @ como el área de celdas de la planta TFT-LCD @ requieren mayor humedad (normalmente 55 - 5% RH). Además @ la temperatura en la sala limpia se puede controlar por bobina seca@ pero esto no regula la humedad@ por lo que el control de humedad de salida de MAU se vuelve muy importante@ ya que es el único mecanismo para controlar la humedad en la sala limpia. Algunas salas limpias tienen generadores de vapor locales para lograr un doble ajuste de humedad@ pero esto sólo se aplica en ciertas partes de una sala limpia. La humidificación adiabática es un método alternativo para controlar la humedad. Este método descarga gotas de agua en la sala limpia para mejorar la relación de humedad con una boquilla rociadora, ya sea mediante atomización con agua a alta presión o mediante atomización con aire seco comprimido (el llamado sistema de dos fluidos). La Figura 1 muestra el diagrama esquemático de la humidificación adiabática de una sala blanca de alta tecnología. Muchas aplicaciones de la humidificación adiabática en el control ambiental, como invernaderos (Montero (1990)@ salas de procesamiento de alimentos (Abdalla (1991)@ aves de corral (Bottcher (1992)@ Ogura (1982)@ hilanderías textiles (Rajasekaran (2003), etc.@ Sin embargo, ninguna literatura analiza la aplicación de la humidificación adiabática en salas blancas a gran escala. Las Figuras 2a y 2b demuestran los procesos psicrométricos de la humidificación de una sala blanca mediante humidificación adiabática por atomización de agua a alta presión y por MAU (es decir, por humidificación con vapor o niebla). En la Figura 2a se observa el enfriamiento por evaporación de la humidificación adiabática. Por otro lado, el consumo de energía para controlar la humedad por parte de MAU es enorme. Generalmente, el consumo de energía del aire acondicionado en una sala limpia de semiconductores es aproximadamente el 40% del consumo total de energía. (Hu y Chuah (2003)). Dentro de este porcentaje@, el enfriador crea alrededor del 50% de la carga. Al dividir aún más la carga de energía@, el MAU consume casi la mitad de la carga de energía del enfriador (Hu y Chuah (2003)) . Por lo tanto, es muy importante tener en cuenta el consumo de energía durante la selección de una MAU. Brown (1990) identificó oportunidades de ahorro de energía dentro de los sistemas MAU para cinco regiones climáticas de Estados Unidos. Se mencionó la humidificación adiabática, sin embargo, no se presentó ninguna evaluación de campo y se presentó una discusión adicional sobre costos y ahorro de energía. La mayoría de las discusiones sobre eficiencia energética en MAU se centraron en las eficiencias del ventilador/serpentín de enfriamiento, como Naughton (1990) @ Más recientemente @ Tsao y Hu (2008) presentaron un estudio comparativo para el rendimiento del sistema MAU con ocho combinaciones de componentes diferentes. Se destacó la combinación más eficiente energéticamente. Sin embargo@ ninguno de los artículos anteriores discutió la posibilidad de la humidificación adiabática. El efecto de ahorro de energía de la humidificación adiabática en salas blancas tampoco se discutió en artículos anteriores. Por lo tanto, este artículo tiene como objetivo investigar la posibilidad de utilizar tecnología de humidificación adiabática en salas blancas de alta tecnología y evaluar su efecto de ahorro de energía.