Sistemas de Refrigeración por Absorción

Los sistemas de refrigeración por Absorción son menos conocido que sus pares, los de compresión. Pero no significa que se han dejado de usar. Veamos su campo de acción, funcionamiento y las ventajas de estos sistemas.

El diseño original de un enfriador de absorción se atribuye a personas como Ferdinand Carré, Carl Munters y Baltzar Von Platen, científicos de renombre que realizaron sus trabajos entre las décadas de 1850 y 1920.

Si bien los productos se fabricaron de modo comercial por primera vez en 1923, fue solo en los años 60 cuando comenzó la producción seria debido a la creciente demanda de refrigeradores para caravanas.

Las contribuciones legendarias de estos hombres todavía son visibles hoy en día. Recientemente, la investigación y el desarrollo en tecnología de enfriamiento por absorción han aumentado debido al mayor interés en los sistemas de energía descentralizados y las regulaciones de eficiencia energética cada vez más estrictas.

La refrigeración por absorción ha demostrado ser un reemplazo ideal para las enfriadoras de compresor en lugares donde la energía no es confiable, no está disponible o es costosa, donde el calor residual está disponible, o donde las restricciones de ruido hacen que las enfriadoras de compresor sean inútiles.

Sistema de Refrigeración por Absorción. Funcionamiento

Algunas sustancias tienen la propiedad peculiar de tener afinidad por otras sustancias a determinadas condiciones de presión y temperatura, solo para que esta afinidad cambie si se alteran las condiciones.

A Michael Faraday se le ocurrió la idea del enfriador o refrigerador por absorción basado en este concepto en 1824. El principio detrás de un proceso de absorción es separar y recombinar a los fluidos (refrigerante y absorbente) para crear un efecto de enfriamiento.

Por lo general, los enfriadores de absorción son de ciclo amoniaco-agua o ciclo bromuro de litio. En el primer ciclo, el agua actúa como absorbente mientras que la solución de agua con amoniaco actúa como refrigerante. En el último ciclo, el bromuro de litio es el absorbente y el agua es el refrigerante.

La mayoría de los enfriadores industriales utilizan el sistema de absorción de vapor de agua y amoníaco debido a los siguientes beneficios:

• Alta solubilidad del amoniaco en agua.
• El enfriador de absorción de agua con amoníaco funciona con presión positiva, lo que reduce los problemas de mantenimiento y hace que la máquina sea más robusta.
• El enfriador de absorción de agua con amoníaco puede funcionar en condiciones extremas, con altas temperaturas de condensación y bajas temperaturas de evaporación.
• Capaz de enfriar el glicol a temperaturas negativas.

Sistemas de Refrigeración por Absorción. Aire Acondicionado por Absorción

¿Qué es el aire acondicionado por absorción? En comparación con los sistemas de compresión de gases que utilizan energía mecánica para funcionar, el aire acondicionado de absorción es impulsado por energía térmica.

Utiliza un proceso químico para cambiar el gas de baja temperatura y baja presión en gas de alta presión.

El refrigerante comúnmente utilizado en este sistema es agua y amoníaco, o bromuro de litio. Las fuentes de calor que se pueden utilizar son vapor, gas natural, petróleo licuado, queroseno, agua calentada con energía sola, agua calentada con energía geotérmica o calefacción por resistencia que utiliza electricidad.

Partes del Ciclo de Refrigeración por Absorción

• Generador: En el generador, una fuente de calor produce vapor de amoníaco a partir de una solución de amoníaco fuerte. Antes de que el vapor de amoníaco ingrese al condensador, pasa a través de un rectificador para la deshidratación.
• Condensador: El amoníaco ahora deshidratado y a alta presión ingresa al condensador donde se condensa. En este punto se le quita carga calórica al medio, así como un poco de presión, y está listo para pasar por el elemento expansor.
• Válvula de Expansión: Después de enfriarse, pasa por una válvula de mariposa o válvula de expansión, y la presión y la temperatura se reducen. Los nuevos valores deben estar por debajo de lo que mantiene el evaporador que se encuentra en la siguiente etapa. Desde este punto comienza la etapa fría del ciclo.
• Evaporador: aparece ahora el evaporador, que es esencialmente el espacio refrigerado frío. El amoníaco enfriado ingresa al evaporador, absorbe calor y luego sale como vapor de amoníaco saturado. Es en este punto donde se aprovechan las propiedades refrigerantes del ciclo. Aquí puedes enfriar aire o agua, que es lo más común.
• Absorbedor: cuando el vapor entra en el absorbedor, se expone a una pulverización de una solución débil de amoníaco-agua. La solución débil a su vez se convierte en una solución fuerte. La bomba dirige la nueva solución al generador a través del regenerador o intercambiador de calor. Cuando llega la solución, ya ha alcanzado la presión del generador. El proceso comienza de nuevo.

Ciclo de Refrigeración por Absorción. Explicación

El evaporador y el condensador utilizados son similares a los del sistema de compresión. Sin embargo, el compresor se reemplaza por un generador, una bomba y un absorbedor. Veamos más del ciclo de absorción.

La fuente de calor hará que el refrigerante de vapor en la solución de bromuro de litio hierva y aumente la presión. El gas de alta presión da como resultado una temperatura de condensación más alta. La condensación del vapor ocurre a temperaturas y presiones más altas en comparación con la temperatura circundante.

Como la temperatura de condensación es más alta que la ambiente, el calor se transfiere del condensador al entorno y, por lo tanto, se elimina. El líquido que se encuentra en estado de alta presión se ve obligado a pasar por una válvula donde su presión cae.

Esta caída de presión también hace que baje la temperatura del punto de ebullición. Luego se pasa a través de un evaporador donde se hierve a una temperatura y presión más bajas. El líquido absorbe el calor del aire acondicionado y hace que hierva. De esta forma, el aire se enfría y se descarga a la habitación.

Luego, el vapor de gas se dirige al absorbedor donde se convierte en una solución líquida de bromuro de litio. Luego, la bomba bombea esta solución al generador. El bromuro de litio, también llamado absorbente, se separa del agua mediante el uso de calor.

El vapor de agua entra en el condensador y el bromuro de litio va al absorbedor. Esto se repite todo el tiempo y, por lo tanto, proporciona refrigeración a la habitación.

El Aire Acondicionado a Gas Natural

El uso de gas natural es la fuente de energía más común y el sistema que lo utiliza se conoce como refrigeración por gas o bomba de calor por gas. Una de las principales ventajas de este sistema es que se puede utilizar en lugares o casas remotas incluso cuando no hay una fuente de alimentación eléctrica. Es la climatización por absorción por excelencia para casas rodantes.

Refrigeración por Absorción: Aplicaciones. Muchos vehículos recreativos utilizan los mismos principios para sus necesidades de refrigeración. Este sistema solía estar disponible solo en edificios comerciales, pero en la actualidad, las casas grandes también pueden instalarlo.

Ventajas del Aire Acondicionado de Absorción

El uso de sistemas de absorción en HVAC está aumentando ya que tiene menores costos operativos. También es menos dañino para la capa de ozono ya que no se utilizan gases CFC.

En lugares donde no hay suministro eléctrico, este sistema funciona bien con gas natural o energía solar. También es silencioso ya que no se utiliza ninguna compresión mecánica durante el proceso de enfriamiento.

La mayoría de los sistemas están equipados con válvulas de servicio para trabajos de mantenimiento.

Es necesario que este tipo de equipos sean intervenidos por técnicos calificados para reparar la unidad, ya que el químico utilizado, como el amoníaco, es tóxico e inflamable cuando se mezcla con el aire, y necesita medidas de seguridad mucho más exigentes.

El amoníaco y el bromuro de litio también son muy corrosivos y reaccionan con algunos metales. Los tubos y accesorios utilizados deben ser de acero o aluminio.

Comparación con la Refrigeración de Compresión

Cada enfriador se basa en una fuerza externa para transferir calor a un medio de alta temperatura desde uno de baja temperatura. Por ejemplo, los enfriadores eléctricos tienen compresores. Los enfriadores de absorción reemplazan el compresor con vapor, agua caliente o cualquier otra fuente de calor externa.

Un enfriador de absorción tiene un funcionamiento muy sencillo. Su funcionamiento es fundamentalmente similar a lo que sucede en un enfriador de compresión de vapor en el sentido de que ambos procesos implican la condensación y la evaporación del refrigerante dentro del sistema.

Sin embargo, mientras que un enfriador de absorción utiliza un proceso termoquímico, un enfriador convencional se basa en energía mecánica. La única diferencia es cómo aumenta la presión del refrigerante desde el nivel de evaporación hasta el nivel de condensación.

Simplemente porque el enfriador de absorción no comprime el vapor de refrigerante, su funcionamiento consiste en disolver el vapor en un absorbente y transferir el producto resultante a un ambiente de mayor presión utilizando una bomba con un consumo de electricidad muy bajo.

Por supuesto, esto solo es una descripción del ciclo básico de absorción, hay ciclos más complejos que incluso tienen componentes extra.

La Cogeneración

A medida que los precios de la energía se disparan, la producción de energía y el punto de uso se han vuelto más confiables y asequibles que el suministro de una planta de energía lejana.

Un plan local combinado de calefacción y energía, está destinado a ser no solo más eficiente energéticamente, sino también más amigable con la energía, porque produce menos gases de efecto invernadero.

El sistema de cogeneración se caracteriza por la generación simultánea de energía térmica útil y potencia mecánica o eléctrica a partir de una única fuente de energía.

Los enfriadores de absorción dependen de la energía térmica para enfriar el agua, por lo que hacen una combinación perfecta con los sistemas de cogeneración.

La combinación de un sistema por absorción con una planta de cogeneración, permite aprovechar el calor excedente de la planta. La planta produce agua caliente, que a su vez se aprovecha para impulsar el enfriador de absorción.

El concepto de esta tecnología surge de la necesidad simultánea de refrigeración, energía y calefacción en la misma instalación. Una amplia gama de instalaciones tiene tal necesidad, por ejemplo, los centros comerciales, la industria alimentaria y los hospitales.

Existe un requisito para que la refrigeración y la cogeneración funcionen perfectamente: los usuarios finales deben estar cerca de la planta porque la distribución de agua refrigerada es costosa en comparación con la electricidad.

El retorno de la inversión comienza a surgir durante los períodos estacionales que permiten la máxima utilización del calor residual producido por la central eléctrica.

Por ejemplo, este sistema muestra flexibilidad al ofrecer refrigeración durante el verano y calefacción en invierno. De esta manera, se maximizan las horas de funcionamiento en beneficio del medio ambiente y de los propietarios de las instalaciones.

Para Cerrar

Si bien los enfriadores de absorción son una mejora de los métodos de enfriamiento convencionales en las formas que ya hemos enumerado, es necesario un mantenimiento adecuado y regular para un rendimiento óptimo.

Esta es la única forma de garantizar que el equipo alcance los 25 años de vida útil. Un enfriador funcionará perfectamente si los técnicos se enfocan en estas áreas de mantenimiento: controles, componentes mecánicos y componentes de transferencia de calor.