Refrigeración por absorción

El sistema de refrigeración por absorción es un medio de producir frío que, al igual que en el sistema de refrigeración por compresión, aprovecha que las sustancias absorben calor al cambiar de estado, de líquido a gaseoso. Así como en el sistema de compresión el ciclo se hace mediante un compresor, en el caso de la absorción, el ciclo se basa físicamente en la capacidad que tienen algunas sustancias, como el bromuro de litio, de absorber otra sustancia, tal como el agua, en fase de vapor. Otra posibilidad es emplear el agua como substancia absorbente (disolvente) y amoníaco como substancia absorbida (soluto).

Esquema del ciclo de refrigeración por absorción.

Los ciclos de absorción trabajan generalmente con mezclas de dos componentes donde una, es el fluido refrigerante y otra sirve como medio de absorción del fluido refrigerante. Son ciclos operados por una fuente de calor. Es similar en ciertos aspectos a los ciclo de compresión a vapor de una sola etapa. Mecánicamente el condensador, la válvula de expansión y el evaporador pueden ser idénticos a los usados en un ciclo de compresión de vapor

El ciclo frigorífico de absorción tiene cinco fases:

Generación: El Calor es generado por el generador. El vapor del fluido refrigerante esta con una densidad menor así es separado de la solución, El fluido pasa a través de el separador hasta el condensador.La mayor parte de la solución liquida es depositada en el fondo del separador y es conducida hacia el absorbedor a través de una válvula reductora de presión cuyo propósito es garantizar la caída de presión para mantener las diferencias de presión entre el generador y el absorbedor.El absorbente regenerado normalmente contiene parte del refrigerante. Si el material absorbente tiende a solidificar, como en el sistema agua y bromuro de lítio, Debe existir el refrigerante suficiente para mantener el material absorbente en un estado diluido.

Condensación: EL fluido refrigerante se condensa en el condensador por medio de la transferencia de calor latente de condensación y el calentamiento del fluido de enfriamiento.

Expansión: Mediante una válvula reguladora de presión pasa el líquido saturado de la región de alta presión del condensador para otra de baja presión del evaporador.

Evaporación: El fluido refrigerante, producido en estado líquido, entra en el evaporador donde, como consecuencia de la baja presión y baja temperatura presente, evapora inmediatamente (Principio de Dalton) extrayendo del ambiente circundante (agua o aire) cantidades de calor equivalente al calor latente de evaporación.

Absorción: La solución concentrada producida en la primera fase absorbe el vapor que proviene del evaporador a presión. La absorción es producto de la tendencia a mezclarse de las sustancias miscibles, por la afinidad entre el absorbente y las moléculas de refrigerante. Si ese proceso de absorción fuese ejecutado adiabáticamente la temperatura de la solución aumentaría y eventualmente la absorción de vapor podría cesar, por esto el absorbedor es enfriado por agua o aire que finalmente retorna ese calor para la atmosfera. Energía térmica liberada durante el proceso de absorción proviene del calor de condensación, calor sensible y calor de disolución.

COEFICIENTE DE EFICACIA DE UN CICLO DE ABSORCION IDEAL

El desempeño de un ciclo frigorífico es denominado coeficiente de eficacia y definido como:

El coeficiente de eficacia de un ciclo de absorción  es definido como

Para establecer el Máximo  para el sistema de absorción se representa los flujos de calor para los diferentes componentes del ciclo de absorción.

Una fuente de calor adicionar  para el sistema.

la bomba adiciona trabajo 

La sustancia al ser refrigerada en el evaporador adiciona calor  para el sistema de absorción.

El sistema rechaza calor para el medio ambiente (agua de refrigeración o aire atmosférico) en el absorbedor (QA) y en el condensador (QC). Reunidas estas dos últimas cantidades en una sola:

Transferencia de energía externa para el sistema de refrigeración por absorción.

Por la primera ley de la termodinámica.

 En la tabla aparecen las ecuaciones para determinar los valores de flujo de calor o potencia asociada a los diferentes equipos de la instalación.

Tabla Resumen de los balances de energía en cada uno de los equipo del ciclo de refrigeración por absorción

Componentes Ecuaciones

Absorbedor

Bomba

Generador

Condensador

Evaporador

En los ciclos reales de absorción las ineficiencias son causadas por perdidas de calor sensible, calores de solución y características de vaporización del fluido absorbente. Llevando calor absorbido desde el generador hasta el absorbedor desperdiciando considerablemente energía térmica.

Fuente de energía y eficiencia en los equipos de absorción

Para hacer funcionar los equipos de refrigeración por ciclo de absorción, se utiliza calor que puede proceder de muy diversas fuentes. Hay unidades conocidas como a llama directa, que consumen combustibles gaseosos o líquidos, mientras que otras utilizan el calor aportado por agua caliente, sobrecalentada o vapor. Este agua caliente o vapor puede ser residual de procesos industriales, de equipos de cogeneración (motores térmicos o turbinas), de pilas de combustible, de calderas de biomasa o, incluso, calentadas con energía gratuita y renovable como la solar. En todo caso, el hecho de utilizar energía primaria en lugar de la electricidad que ya ha sufrido unas pérdidas de producción y transporte hace que la eficiencia energética o COP no pueda compararse directamente. En los procesos a más alta temperatura que utilizan el ciclo de doble efecto con la mezcla de agua y bromuro de litio, se consiguen eficiencias de hasta 1,2 con respecto a la energía consumida, mientras que con baja temperatura y en el ciclo de amoníaco/agua es del orden del 0,7.

Plantas de absorción con energía solar

Ahorros y ventajas ambientales:

La utilización de equipos de refrigeración por ciclo de absorción permite ahorrar, en primer lugar, la energía primaria que habría hecho falta para producir la electricidad necesaria para hacer funcionar los equipos convencionales que sustituyen. Cuando el calor utilizado por la máquina de absorción es de origen gratuito o residual, el ahorro es absoluto, mientras que en los casos de aplicación de llama directa este dependerá de la energía primaria y las características de producción de la electricidad sustituida. Este aspecto es particularmente importante, tanto económica como estratégicamente, en países como el nuestro en que en la producción eléctrica dependemos mayoritariamente de la importación de combustibles de origen fósil. Además, esto también permite la reducción de las emisiones de CO2 a la atmósfera y, por lo tanto, permite acercarnos al cumplimiento de los acuerdos de Kyoto. En cuanto a los fluidos utilizados en los ciclos de absorción, son totalmente inocuos para el medio ambiente, lo que afianza el carácter ecológico de los equipos de absorción.

Principales aplicaciones

Los equipos de refrigeración por ciclo de absorción pueden ser usados de manera tan amplia como cualquier otra planta refrigeradora de agua convencional, y las aplicaciones para aire acondicionado son las más usuales. Actualmente, se está intensificando el uso en instalaciones del sector terciario que disponen de campos de captadores solares térmicos para producción de agua caliente sanitaria y calefacción, y estas instalaciones, en verano, cuando es mayor la disponibilidad de radiación solar, en lugar de disipar los sobrantes, los aprovechan para obtener refrigeración gratuita. La otra utilización clásica de estos equipos es en procesos industriales, sobre todo en los que también se utiliza una fuente de calor residual como energía para hacer funcionar el equipo. En cuanto a las plantas basadas en el ciclo amoníaco/agua como refrigerante/absorbente, pueden utilizarse, además, en aplicaciones a baja temperatura, como en la cadena de preparación y conservación de alimentos, procesos vinícolas, tratamiento de lácteos, preparaciones farmacéuticas, etc. De hecho, el campo de aplicación es muy amplio, ya que se trata de una técnica muy desarrollada, totalmente fiable y con reducidos costes de mantenimiento, que está disponible en unidades de más de 4.000 kW de refrigeración con utilización para agua caliente, y de más de 6.000 kW a llama directa. La mayoría de los equipos disponibles en el mercado mundial se ajustan también a las directivas europeas, de conformidad con la marca CE. Sin embargo, se recomienda verificar esto antes de seleccionar la marca y asegurarse de que dispone también de servicio de asistencia técnica en el mismo país.

Equipo de refrigeración por absorción con ciclo amoniaco/agua.

Refrigeración por absorción utilizando energía solar térmica.