Refrigeración por absorción

El sistema de refrigeración por absorción es un medio de producir frío que, al igual que en el sistema de refrigeración, aprovecha que las sustancias absorben calor al cambiar de estado, de líquido 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).

La técnica nació en 1859, cuando Ferdinand Carré consiguió fabricar hielo con la primera máquina de absorción de ciclo amoniaco-agua.

- Funcionamiento.-

El ciclo más comúnmente empleado es el de agua-bromuro de litio por tener mayor eficiencia.2 Se emplea el bromuro de litio porque tiene gran capacidad de absorber agua y porque puede deshidratarse mediante el calor.

Bajando a los detalles de este ciclo, el agua (refrigerante), que se mueve por un circuito a baja presión, se evapora en un intercambiador de calor, llamado evaporador. La evaporación necesita calor, que obtiene en un intercambiador en el que refrigera un fluido secundario (normalmente, también agua), que se lleva por una red de tuberías a enfriar los ambientes o cámaras que interese. Tras el evaporador, el bromuro de litio absorbe el vapor de agua en el absorbedor, produciendo una solución diluida o débil de bromuro en agua. Esta solución pasa al generador, donde se separan disolvente y soluto mediante calor procedente de una fuente externa; el agua va al condensador, que es otro intercambiador donde cede la mayor parte del calor recibido en el generador, y desde allí pasa de nuevo al evaporador, a través de la válvula de expansión; el bromuro, ahora como solución concentrada en agua, vuelve al absorbedor para reiniciar el ciclo.

Aunque no aparece en la figura, también se suele utilizar un intercambiador de calor, poniendo en contacto, sin mezcla, los conductos absorbedor-generador y generador-absorbedor, para precalentar la solución de agua-bromuro de litio, antes de pasar al calentador (generador), mientras que, a su vez, la solución concentrada de bromuro de litio se enfría cuando va hacia el absorbedor, ya que la absorción se realiza mejor a baja temperatura. De hecho (ver párrafo siguiente) en el absorbedor debe haber un intercambiador para enfriarlo con la torre de enfriamiento.

Al igual que en el ciclo de compresión, el sistema requiere una torre de enfriamiento para disipar el calor sobrante (suma del aportado por la fuente externa y el extraído de los locales o espacios refrigerados). El fluido caloportador que va a la torre discurrirá sucesivamente por dos intercambiadores situados en el absorbedor y en el condensador.

Como se puede ver en el esquema, los únicos elementos mecánicos existentes en el ciclo son una bomba que lleva la solución concentrada al generador y otra, no representada, para llevar el calo portador a la torre de enfriamiento.

El ciclo amoniaco-agua es en todo semejante, salvo que en este caso el refrigerante es el amoniaco y el absorbente es el agua. Se utiliza, aunque tiene menor eficiencia energética, porque tiene la ventaja de poder conseguir temperaturas inferiores a 0 ºC, es decir, en aparatos para congelar, como frigoríficos.

Ventajas e inconvenientes.-

El rendimiento, medido por el COP (coeficiente of performance, en la normativa española, por el Codee, Coeficiente De Rendimiento Energético), es menor que en el método por compresión (entre 0,8 y 1,2 frente a 3 y 5,5). Si bien es cierto que el COP obtenido mediante compresión tiene en cuenta la energía eléctrica invertida en el compresor, que no es energía primaria en sí. En cambio en un sistema de absorción la energía utilizada para el cálculo del COP es el calor aportado al generador, que sí es una energía primaria evaluable. Por tanto no se pueden comparar el COP de compresión y de absorción (es mejor y más útil compararlos a través del segundo principio de la termodinámica, para valorar la calidad de la energía utilizada).

Un ejemplo de esta situación podría ser una instalación de refrigeración (climatización de verano) solar: si se utilizasen placas fotovoltaicas sólo se podría utilizar un 15-20% de electricidad en comparación con unos paneles solares térmicos que podrían aprovechar hasta el 90% de la energía solar recibida, y a un precio de instalación mucho más reducido.

El conjunto completo paneles solares-absorción tendría un COP de entre 0,72 y 1,08 y el de compresión entre 0,54 (18% paneles y COP de 3, muy habitual) y 1,1 (20% paneles y COP de 5,5)

Si se utiliza la energía eléctrica de la red, para el sistema de compresión, 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). A pesar de ello en ciertos casos, cuando la energía proviene de una fuente de calor económica, incluso residual o un subproducto destinado a desecharse, compensa ampliamente utilizar un sistema de absorción. Es el caso de utilizar el sistema en un ciclo de trigeneración: se produce electricidad con un sistema térmico y el calor residual (alrededor de un 50% de la energía primaria empleada) se usa para el sistema de refrigeración.

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 son escasas.

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 energía puesto que el motor tiene grandes excedentes de energía térmica, disipada en el radiador).

Otras de las formas de aprovechamiento, es a través de la Cogeneración (en este caso, mejor dicho, Trigeneración), es decir, el aprovechamiento del calor residual de las centrales termoeléctricas, es decir, de una energía gratuita.

OTROS SISTEMAS DE REFRIGERACION

Los Sistemas de Refrigeración se encargan en la extracción de calor, provocando que en la ausencia de calor se produzca frío. Un sistema de refrigeración debe lograr trasladar el calor de un lugar a otro, de manera que, el lugar que tenía calor, al sustraerle el clima se enfría. Actualmente, los sistemas de refrigeración tienen diversas aplicaciones tanto en hogares como en industrias o en el ámbito comercial y distintos procesos, por compresión o por absorción. En este artículo nos centraremos en los sistemas de refrigeración por absorción.

La refrigeración puede utilizarse para tres fines, principalmente:

- Refrigeración para CONSERVACIÓN.

- Refrigeración para CONGELACIÓN.

- Refrigeración para CLIMATIZACIÓN.

Las dos primeras se aplican generalmente a alimentos, mientras que la última se refiere a la refrigeración de locales o vehículos para animales, personas o plantas. Además, de las aplicaciones más conocidas, tales como el acondicionamiento de aire para comodidad, así como el proceso de congelación, almacenamiento, transporte y exhibición de productos, se usa actualmente en el proceso de manufactura de casi todos los artículos que se encuentran en el mercado. La refrigeración ha hecho posible la producción de plástico, hule sintético y muchos otros materiales. Gracias a la refrigeración mecánica las fábricas textiles y de papel pueden acelerar sus máquinas obteniendo mayor producción y se dispone de mejores métodos para el endurecimiento de los aceros para las máquinas y herramientas. Por conveniencia en el estudio, las aplicaciones de refrigeración se pueden agrupar en las siguientes categorías:

• Refrigeración doméstica: Tiene un campo de aplicación relativamente limitado y trata principalmente de refrigeradores y congeladores domésticos. Sin embargo, debido a la 18 cantidad de unidades en servicio, la refrigeración doméstica representa una porción muy significativa de la industria de la refrigeración. Las unidades domésticas son generalmente de tamaño pequeño, con potencias entre 40 W y 400 W (136.3 y 1366.6 Btu/h).

• Refrigeración comercial: Trata del diseño, instalación y mantenimiento de aparatos de refrigeración del tipo usado por almacenes y tiendas, restaurantes, hoteles e instituciones, para el almacenaje, exhibición y procesado de artículos de todos los tipos que estén sujetos a deterioro.

• Refrigeración industrial: Se confunde frecuentemente con la refrigeración comercial ya que la división de las dos áreas no se ha definido claramente. Por regla general, las aplicaciones industriales son de mayor tamaño y tienen la característica de requerir un operario para su atención. Entre las aplicaciones industriales típicas se encuentran: plantas de hielo, plantas empacadoras de alimentos (carne, pescado, aves, alimentos congelados, etc.), cervecerías, cremerías y plantas industriales tales como: refinerías de aceite, plantas químicas, plantas de hule, etc.

• Refrigeración marina y de transporte: Las aplicaciones dentro de esta categoría, se pueden clasificar particularmente bajo refrigeración comercial e industrial. La refrigeración marina se refiere a refrigeración a bordo de barcos e incluye; refrigeración para botes de pesca, embarcaciones de transporte y de cargamento sujeto a deterioro, así como refrigeración de los almacenes del barco, en toda clase de embarcaciones. La refrigeración de transporte se refiere a los equipos aplicados a transportes de cargas y pasajeros.

• Acondicionamiento de aire: Generalmente, involucra el control no solamente de la temperatura de un recinto, sino también de la humedad y movimiento del aire dentro del mismo, así como el filtrado y limpieza (Climatización).

• Conservación de alimentos: La conservación de alimentos es más importante en la historia del hombre. Las poblaciones urbanas requieren grandes cantidades de alimentos que, en su mayor parte deben ser producidas y procesadas en áreas distintas. Naturalmente, estos alimentos deben mantenerse en condiciones de conservación durante el transporte y almacenaje hasta que finalmente se consuman; esto puede ser cuestión de horas, días, meses y en ocasiones años. Un ejemplo claro son las frutas y legumbres que solamente se producen en 20 ciertas estaciones del año deben almacenarse y conservarse para poder ser consumidas durante todo el año. 1.3.3 Refrigerantes De manera general, un refrigerante es cualquier cuerpo o substancia que actúe como agente de enfriamiento, absorbiendo calor de otro cuerpo o sustancia. Desde el punto de vista de la refrigeración mecánica por evaporación de un líquido y la compresión de vapor, se puede definir al refrigerante como el medio para transportar calor desde donde lo absorbe por ebullición, a baja temperatura y presión, hasta donde lo rechaza al condensarse a alta temperatura y presión. Los refrigerantes son los fluidos vitales en cualquier sistema de refrigeración mecánica. Cualquier sustancia que cambie de líquido a vapor y viceversa, puede funcionar como refrigerante, y dependiendo del rango de presiones y temperaturas a que haga estos cambios, así será su aplicación comercial. Existe un número muy grande de fluidos refrigerantes fácilmente licuables; sin embargo, sólo unos cuantos son utilizados en la actualidad. Algunos se utilizaron mucho en el pasado, pero se eliminaron al incursionar otros con ciertas ventajas y características que los hacen más apropiados. Recientemente, se decidió descontinuar algunos de esos refrigerantes antes del año 2000, tales como el R-11, R-12, R-113, R-115, etc., debido al deterioro que causan a la capa de ozono en la estratósfera.

La Refrigeración Solar

De hecho podría decirse que prácticamente todos los sistemas de refrigeración que existen son sistemas solares porque un refrigerador doméstico que produce frío se conecta a la toma de corriente y la electricidad proviene de plantas termoeléctricas, plantas hidroeléctricas o combustibles que se producen en las plantas termoeléctricas en las que la energía solar se acumula a través de millones de años.

Sistemas Activos de Refrigeración Solar

Fotovoltaicos:

Cada vez más se utilizan sistemas de refrigeración fotovoltaica que consisten en una tecnología que transforma la radiación solar en electricidad. En un panel fotovoltaico que produce electricidad lo que se hace es acoplar a un refrigerador por compresión mecánica común y corriente una fuente de energía en la cual se produce electricidad que se suministra al sistema de refrigeración y con ello se tiene un sistema de refrigeración casi solar en un sentido no estricto pero que es considerado como un sistema de refrigeración solar importante.

Hay algunos sistemas alternativos que son utilizados en escalas pequeñas como hieleras que utilizan el mismo principio de la generación con energía fotovoltaica y que producen refrigeración a través de otros sistemas como es el efecto Thomson.

Absorción, Adsorción y Eyecto Compresión Otro tipo de método se puede clasificar como sistemas por absorción, sistemas por adsorción y sistemas por eyecto comprensión. Estos tres son sistemas de refrigeración alternativos a la compresión mecánica y pueden utilizar al sol como fuente de energía. Cualquiera de estos tres sistemas: absorción, adsorción y eyecto compresión, tienen un principio filosófico único que es el reemplazar el compresor mecánico que requiere de grandes cantidades de electricidad por un conjunto de elementos que van a hacer la misma función que el compresor mecánico, sólo que van a utilizar una pequeña cantidad de electricidad y van a utilizar mucha energía calorífica. Esa energía calorífica se va a tomar del sol.

Actualmente dentro de los sistemas de refrigeración o sistemas de acondicionamiento de aire solar, los más destacados son los que tienen una aplicación comercial importante; los que se venden comercialmente desde hace ya muchos años (sistemas de refrigeración por absorción) y un poco menos los de adsorción y todavía menos los de efecto compresión, es decir, el mercado más importante ha sido los sistemas de absorción de vapor.

Esta demanda se debe al desarrollo tecnológico que han tendido estos sistemas dentro del crecimiento de la tecnología, logrando mejores resultados con los sistemas por absorción, tanto para producción de aire acondicionado y generación de hielo, que es otra manera de poder acondicionar o de obtener hielo para todo

lo que es la cadena alimenticia, y han tenido una mejor aceptación por parte de las compañías industriales que los llegan a fabricar.

Básicamente ha sido por los mejores resultados pero los otros dos sistemas tanto de adsorción como de eyecto compresión, vienen siendo desarrollados y en algunos años van a ser tan competitivos o más que los métodos por absorción, pero lo que es importante es que existirán, al menos, tres diferentes tecnologías y una cuarta con la fotovoltaica, las cuales pueden ser alternativas muy interesantes para llegar a tener acondicionamiento de aire.