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REFRIGERACIÓN POR ABSORCIÓN

El nombre de refrigeración por absorción se usa por tradición pero no es el correcto, ya que se debiera llamar refrigeración por disolución. Se basa en las propiedades de las soluciones binarias. A diferencia de las sustancias puras, las soluciones tienen la propiedad de disolver el vapor de una composición con el líquido de otra composición distinta.

1.1. Principio de funcionamiento

Los ciclos de absorción se basan físicamente en la capacidad que tienen algunas sustancias, tales como el agua y algunas sales como el Bromuro de Litio, para absorber, en fase líquida, vapores de otras sustancias tales como el Amoniaco y el agua, respectivamente.

En los ciclos de absorción hablamos siempre de agente absorbente, designando así a la sustancia que absorbe los vapores, y de agente refrigerante, o agente frigorífico, a la sustancia que se evapora y da lugar a una producción frigorífica aprovechable. Serían absorbentes el agua y la solución de Bromuro de Litio, y refrigerantes el Amoniaco y el agua destilada, en los ciclos de absorción Agua-Amoniaco y Bromuro de Litio-Agua, respectivamente.

1.2. Leyes que rigen el principio

El ciclo de refrigeración por absorción es un caso particular de los sistemas a sorción en donde participan por lo general dos fases, sea, entre un líquido y un vapor o entre un sólido y un vapor. De todos los ciclos termodinámicos disponibles para la producción de frío los sistemas tritermos de absorción son los más utilizados en la aplicación de energías de baja entalpía como la solar o el calor de desecho industrial, en particular los sistemas a absorción líquido-gas y sólido-gas y los de adsorción sólido-gas, tanto en funcionamiento continuo como intermitente. En este caso se seleccionarán los ciclos termodinámicos de absorción líquido-vapor, en funcionamiento continuo como intermitente.

Ciclo continúo

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El refrigerante en forma de vapor de baja presión entra al absorbedor, en donde es absorbido por el absorbente. La solución que sale del absorbedor contiene una concentración alta en refrigerante, la cual es llamada solución concentrada. Esta solución es bombeada hasta el generador a la presión correspondiente.

Ciclo intermitente

La figura representa un sistema de refrigeración por absorción liquido-gas en funcionamiento intermitente.

Dónde: G = generador A = absorbedor C = condensador RC = recipiente de condensados E = evaporador.

La solución concentrada contenida en el generador G, se calienta provocando la separación de los vapores del refrigerante, posteriormente se separa el vapor del absorbente para obtener el refrigerante lo más puro posible en el rectificador R. El refrigerante puro continua hacia el condensador en donde se licua y se almacena en un recipiente de condensados, RC. En el ciclo intermitente el período de generación-condensación del refrigerante y el período de evaporación absorción se efectúan en tiempos diferentes. En otro tiempo se deja enfriar la solución diluida que quedo en el generador hasta que alcance la presión y la temperatura necesarias para que el refrigerante sea absorbido por la solución diluida. Una vez logrado lo anterior se hace pasar el refrigerante líquido a través de una válvula de expansión hacia el evaporador, en donde se procede a su vaporización a baja presión, produciendo una baja temperatura.

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1.3. Partes o componentes

El sistema consta de cuatro etapas que ocurren en distintos equipos:

Evaporador Concentrador Absorbedor Condensad

De manera general, en la Figura siguiente se describe el proceso.

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1.4. Ventajas y Desventajas

Hay que tener en cuenta que el sistema de compresión, utiliza normalmente la energía eléctrica, y cuando ésta llega a la toma de corriente lo hace con un rendimiento inferior al 25% sobre la energía primaria utilizada para generarla, lo que reduce mucho las diferencias de rendimiento (0,8 frente a 1,37).

Al calor aportado al proceso de refrigeración se le suma el calor sustraído de la zona enfriada. Con lo que el calor aplicado puede reutilizarse. Sin embargo, el calor residual se encuentra a una temperatura más baja (a pesar de que la cantidad de calor sea mayor), con lo que sus aplicaciones pueden reducirse.

Los aparatos generadores por absorción son más voluminosos y requieren inmovilidad (lo que no permite su utilización en automóviles, lo que sería muy conveniente como ahorro de Diseño de un refrigerador por absorción para uso didáctico 20 energía puesto que el motor tiene grandes excedentes de energía térmica, disipada en el radiador).

Este método de refrigeración está reservado casi universalmente a grandes instalaciones comerciales. Fundamenta su uso en el hecho de que algunas sustancias conocidas como absorbedores, tienen gran avidez por absorber vapores de otras, conocidas como refrigerantes, generando la disminución de presión suficiente para la evaporación del refrigerante y el consecuente enfriamiento.

1.5. Aplicaciones

Básicamente las aplicaciones más comunes las encontramos en refrigeradores de hospitales, para mantener la temperatura requerida en diversas medicinas, en restaurantes y hoteles para la preservación de alimentos y en lugares alejados y en zonas rurales donde es casi imposible la obtención de energía eléctrica.

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REFRIGERACIÓN POR ADSORCIÓN

2.1. Principio de funcionamiento

La base del método es similar al de las máquinas de absorción, es decir, nos encontramos ante un sistema tritérmico de producción de frio en el que el efecto útil es la evaporación de un liquido refrigerante a baja presión y temperatura. La adsorción es un proceso mediante el cual se extrae materia de una fase y se concentra sobre la superficie de otra fase (generalmente sólida); por ello se considera como un fenómeno sub-superficial. La sustancia que se concentra en la superficie -o se adsorbe- se llama "adsorbato", y la fase donde se fija se llama "adsorbente". Por el contrario, la absorción es un proceso en el cual las moléculas o átomos de una fase penetran casi uniformemente en los de otra fase, constituyéndose una "solución" con esta segunda.

2.2. Leyes que rigen el principio

Debemos hacer notar que la necesidad de introducir una potencia calorífica a nivel del generador de la instalación le confiere sentido al concepto de sistema tritérmico, ya que la máquina interacciona básicamente con tres fuentes térmicas externas: por un lado, la fuente fría de utilización en caso de máquina frigorífica; en segundo lugar, el agente de condensación, y, por último, la fuente de mayor nivel térmico utilizada en el generador. De forma esquemática estas interacciones térmicas se han mostrado en la figura siguiente. Del esquema pueden deducirse las expresiones derivadas de la aplicación del primer y segundo principio de la Termodinámica en régimen permanente:

Primer Principio. Conservación de la energía.

Segundo Principio. La variación de la entropía en el ciclo descrito por la máquina es nulo. Pero esto no es así en las fuentes externas; por lo que si suponemos que las temperaturas en estos focos permanecen constantes, el aumento de entropía en el universo pasa a ser de:

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Suponiendo procesos reversibles, la combinación de ambos

2.3. Partes o componentes

El sistema de refrigeración por adsorción funciona al incrementar la presión y temperatura

dentro del colector adsorbedor que tiene retenido el fluido refrigerante en estado gaseoso,

alcanzando el punto crítico para su condensación en el serpentín condensador y vuelve a su

estado líquido, y eventualmente se subenfría en un recipiente contenedor, bajando su

presión y temperatura, para posteriormente ser dosificado en una válvula de expansión en

donde se dosifica la entrada del fluido en el cual la entalpía de vaporización del fluido,

cambia de estado al fluido dentro del evaporador adonde sucede la extracción de calor o

producción de frío, completando el ciclo volviéndose el fluido vaporizado al lecho

adsorbente del colector adsorbedor. A continuación se muestra los componentes del

sistema de refrigeración por adsorción, las flechas en rojo que indican los procesos

importantes del sistema.

Colector solar adsorbedor

Condensador

Dispositivo de expansión

Evaporador

2.4. Ventajas y Desventajas

Esta tecnología presenta las siguientes ventajas frente a la refrigeración por compresión mecánica:

Todas las enfriadoras térmicas tienen muy pocas piezas móviles y no requieren el mantenimiento y la atención que sí necesitan los sistemas de refrigeración mecánica al no tener compresor. • Las enfriadoras térmicas eliminan también los

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refrigerantes CFC y HFC por completo que son tan dañinos para el medio ambiente.

Y cuando se asocia con una fuente de calor residual, se ahorra grandes costes eléctricos respecto a una enfriadora mecánica.

El consumo eléctrico de una enfriadora de adsorción usando calor residual es de 0.004 kW/ton mientras que para la mecánica es de 0.65 kW/ton con lo que supone un ahorro económico y de emisiones de un 99%.

Es idónea para emplazamientos alejados de la red eléctrica.

Y también presenta ventajas respecto a la refrigeración por absorción

Para temperaturas bajas del generador presenta un rendimiento mayor, con lo cual puede ser muy interesante su aplicación según la temperatura necesaria en el proceso.

Es importante analizar el gráfico inferior, donde se representa en abscisas la temperatura del agua caliente, que en condiciones nominales es de 90 ºC, y en ordenadas la variación de la capacidad de refrigeración.

2.5. Aplicaciones

Es principalmente aplicado en sistemas de:

Climatización Industrial Purificación de aguas y aguas residuales

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