Refrigeración Por Absorción. Funcionamiento, Aplicaciones

Los requerimientos industriales de sistemas de refrigeración eficientes son cada vez más altos y exigentes, dando paso a nuevas tecnologías que puedan cumplir con este propósito. Si bien es cierto que el principio de refrigeración por absorción está presente desde hace muchos años, en la actualidad se ha reimplementado y mejorado esta tecnología.

En este post profundizaremos sobre los conceptos esenciales de la refrigeración por absorción, su funcionamiento, aplicaciones, ventajas y desventajas.

Ciclo de Refrigeración Por Absorción
Ciclo de Refrigeración Por Absorción

¿Qué Es La Refrigeración Por Absorción?

El principio básico de todo sistema de refrigeración se basa siempre en las mismas leyes, utilizando las propiedades termodinámicas de sustancias refrigerantes específicas, que extraen calor de su entrono durante la transición del estado líquido al gaseoso.

Estas sustancias, conocidas como refrigerantes, se evaporan a una cierta presión, con la temperatura de evaporación resultante.

Después, este refrigerante en estado gaseoso se lleva a alta presión y es licuado, para luego expandirse a la presión del evaporador en un regulador de expansión, donde cumple con su función de extraer calor del entorno cuando se evapora de nuevo.

La refrigeración por absorción es entonces un sistema que se basa en la compresión térmica para elevar la energía térmica, siendo usada para enfriar tanto edificios como procesos, siendo considerada un proceso altamente eficiente desde el punto de vista energético.

Este último punto tiene su basamento en el hecho de que el requerimiento de electricidad es 90 % más bajo que un sistema convencional de refrigeración por compresión mecánica.

Un ejemplo de esto es que los compresores térmicos, utilizados en la refrigeración por absorción, trabajan con calor residual proveniente de fuentes como el agua de procesos industriales, el gas natural o energía solar.

La característica fundamental de este sistema de refrigeración es la denominada absorción del refrigerante, donde una solución especial absorbe completamente el refrigerante en forma de vapor.

Esta solución o mezcla es luego calentada, aumentando su presión y temperatura, de manera similar a los sistemas convencionales en la fase de compresión mecánica. Esto se le llama compresión térmica.

En lugar de los refrigerantes convencionales, en estos sistemas, por lo general, se emplea agua mezclada con amoníaco o con bromuro de litio. Esta última sustancia es la más común porque no es tóxica.

Sistema De Refrigeración Por Absorción. Funcionamiento

La tecnología de los enfriadores por absorción se comenzó a desarrollar a finales del siglo XVIII, para alargar el tiempo de congelación de ciertos productos. Si bien es cierto que este sistema se ha desarrollado desde entonces, su principio básico es el mismo.

A continuación, te describiremos sus 4 etapas.

1. Evaporación del refrigerante y extracción de calor

En la primera etapa, el refrigerante atraviesa el evaporador, el cual opera como un intercambiador de calor que conduce agua a través del refrigerante con separación de sustancias.

Como este refrigerante está a una temperatura más baja, absorbe el calor del entorno, entonces el refrigerante aumenta su temperatura mientras que la temperatura del agua desciende.

El refrigerante pasa a estado gaseoso durante este proceso por evaporación, absorbiendo mayor cantidad de energía que cuando se calienta sin cambio de fase.

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2. Absorción de refrigerante

En esta etapa, el vapor de refrigerante fluye hacia el compresor térmico, donde es absorbido por una sustancia especial, llamada absorbente. Después, esta mezcla pasa a través de un intercambiador de calor, por el cual pasa también el absorbente caliente.

Este cede energía térmica a la mezcla para precalentarla, elevando tanto su presión como su temperatura de manera económica, sin requerir de un compresor mecánico.

3. Separación del refrigerante y el solvente

Dado que el solvente, generalmente agua, no puede absorber más vapor del refrigerante, las bombas de solvente impulsan la mezcla al llamado expulsor en la siguiente etapa.

Aquí se calienta aún más, provocando que el vapor de refrigerante se separe del solvente. El absorbente ya separado, o solución pobre, libera la energía restante a la mezcla de refrigerante y solvente por medio del intercambiador de calor de la segunda etapa.

Luego reduce su presión al pasar por una válvula tipo mariposa y regresa a su estado inicial.

Refrigeración Por Absorción. Enfriadora de vapor de efecto simple YHAU-C
Refrigeración Por Absorción. Enfriadora de vapor de efecto simple YHAU-C. Foto de johnsoncontrols.com

4. Condensación del vapor de refrigerante

El vapor de refrigerante resultante de su separación del solvente en la etapa anterior, pasa por el condensador, donde se desprende del calor. Al descender su temperatura, comienza a licuarse.

Otra válvula de mariposa reduce su presión residual y garantiza que el refrigerante regrese a su estado inicial. Este es el requisito para que el ciclo prosiga y para que el refrigerador por absorción siga funcionando continuamente.

Aplicaciones De La Refrigeración Por Absorción

Las áreas de aplicación de la refrigeración por absorción, al igual que los parámetros de rendimiento de este proceso, están relacionadas con las características del par refrigerante/solvente empleado en el mismo.

Los enfriadores de absorción se utilizan cuando el calor ambiental o residual está disponible en cantidades suficientes. 

Los sistemas con agua son adecuados para sistemas con temperaturas de evaporación de más de 4 grados centígrados, en aplicaciones como la climatización de espacios por medio de un sistema central, o para ciertos procesos técnicos.

Los enfriadores de absorción de amoníaco permiten temperaturas de evaporación de hasta -60 grados centígrados, por lo cual son adecuados para procesos de ultracongelación en la industria de alimentos.

Áreas de aplicación de enfriadores de agua y bromuro de litio

Al operar en rangos de temperatura por encima del punto de congelación, los enfriadores de absorción de agua son utilizados en las siguientes aplicaciones:

Climatización de varios edificios: para proporcionar aire fresco a zonas residenciales, comerciales y turísticas, se emplean plantas centrales de producción de agua fría con tecnología de absorción.

Esta agua fría es empleada para enfriar las corrientes de aire que luego serán enviadas a dichas zonas, manteniendo las condiciones de confort en espacios cerrados independientemente del clima exterior.

Centralizando la producción de frío, se obtiene una mayor eficiencia debido a la optimización de los equipos industriales y el menor consumo de electricidad, en comparación con sistemas de refrigeración individuales por edificio.

Refrigeración industrial de líquidos y procesos: Cuando se requiere un sistema de refrigeración que use el calor residual producido por un determinado proceso industrial, este tipo de sistemas es útil para aprovechar dicho calor.

Refrigeración de salas técnicas y de servidores: Los servidores y otros componentes relacionados generan mucho calor, el cual debe ser disipado para procurar un mejor funcionamiento de dichos equipos.

Esto se evita instalando un sistema de refrigeración por absorción lo suficientemente potente como para eliminar ese calor excesivo.

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Áreas de aplicación de enfriadores de absorción de amoníaco

Los enfriadores con amoníaco como refrigerante alcanzan temperaturas más bajas y, por lo tanto, son adecuados para aplicaciones de congelación, como se muestra a continuación:

Congelación en la industria alimentaria: Es utilizada para procesos de congelación rápida, para detener los procesos de degradación natural de los alimentos, además de conservar sus propiedades físicas y organolépticas.

Refrigeración en la industria química y petrolera: En la industria química, estos sistemas de refrigeración se emplean en el control de los procesos de polimerización en la fabricación de caucho sintético y plásticos.

Por otro lado, en la industria petrolera se utilizan estos sistemas para controlar la presión de vapor de agentes volátiles como el etano, metano, propano y butano, proceso vital en la recuperación de fracciones de gasolina a partir del gas natural.

Además, se usa en procesos de producción de combustible para aviones durante el control de reacciones químicas relacionadas con los alquilatos, componente valioso de dicho combustible.

También interviene la refrigeración para la modificación de relaciones de solubilidad, esto para eliminar por precipitación de componentes de asfalto y goma de los aceites lubricantes.

Liofilización en tecnología farmacéutica: El secado por congelación o liofilización, es empleado para eliminar el agua de productos delicados sin causarles daño, la mayor parte de las veces, productos biológicos.

Como son productos delicados, deben mantenerse en un estado de almacenamiento permanente para luego ser reconstituidos añadiéndoles agua.

Ventajas De La Refrigeración Por Absorción

Los enfriadores de absorción tienen la ventaja de estar libres de compresores electromecánicos, lo que significa que pueden proporcionar una capacidad de enfriamiento significativa a una instalación sin contribuir a la demanda eléctrica máxima. 

La principal consideración que debe tenerse en cuenta, al evaluar la aplicabilidad de un enfriador de este tipo, es que requieren un flujo grande y constante de calor residual para funcionar. 

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Otros entornos, como los campus universitarios, los complejos hospitalarios más grandes o los grandes hoteles, a menudo presentan una oportunidad importante para beneficiarse de la instalación de un enfriador de absorción.

  1. Una de las mayores ventajas de este sistema es su bajo consumo de energía. Los enfriadores de absorción funcionan con calor a niveles de temperatura comparativamente bajos y generan menos huella de carbono. 
  2. El modo de operación es suave y silencioso, sin un compresor electromecánico, y los costos de mantenimiento y reparación son comparativamente bajos. 
  3. Además, existen cruciales ventajas económicas mediante el uso de calor residual en lugar de electricidad para la refrigeración. 
  4. Los refrigerantes utilizados también son una ventaja, debido a que el agua y el amoníaco son medios naturales que no contribuyen al calentamiento global ni al agotamiento de la capa de ozono.

Desventajas Del Sistema De Refrigeración Por Absorción

  1. Con respecto a las desventajas, podemos mencionar que los costos son comparativamente altos. Se requieren bombas especiales que no son económicas.
  2. Estos sistemas requieren de mucho espacio y son voluminosos y solo se pueden usar de forma limitada, especialmente con agua como refrigerante. 
  3. Este último se refiere a la temperatura en el evaporador, que en la práctica no es inferior a 4 grados centígrados.
  4. Su eficiencia o COP es más bajo comparativamente con otros sistemas de refrigeración. Se necesita de más tiempo para producir el mismo efecto de refrigeración que un sistema por compresión de vapor.
  5. Si se utiliza queroseno para suministrar energía térmica al generador, se desprende mal olor.

Conclusión

La refrigeración por absorción tiene sus ventajas y desventajas, sin embargo, tiene gran importancia en el sector industrial y en aplicaciones no residenciales.

Si formas parte de un proceso industrial o simplemente te llama la atención el tema, es importante que conozcas los detalles de funcionamiento y características de este proceso. Su bajo consumo de energía, su aprovechamiento del calor residual de procesos industriales y su operación silenciosa hacen de este sistema una opción viable.

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