Cuando hablamos de máquinas de absorción, pensamos en
grandes centrales de cogeneración o trigeneración que aprovechan un calor
residual para generar frío y nos viene rápidamente a la cabeza una maquinaria
grandísima de tipo industrial que voy a intentar explicar cómo funciona…
Es nuevo esto de
la máquina de absorción?
Generar calor siempre ha sido sencillo y viene acompañando a la humanidad desde
que algún ser humano encontró la manera de conseguir fuego, pero hacer frío es
algo más complejo y hasta principios del siglo XIX solamente se sabía almacenar
nieve y poco más que conseguir frio, aprovechando la evaporación de éter.
Es aquí cuando empiezan las primeras máquinas de absorción, los primeros
equipos son destinados a fabricar helados.
La absorción, funciona a grandes rasgos como una máquina frigorífica actual,
pero sustituyendo el trabajo del compresor por energía en forma de calor, quizá
es la manera más fácil de explicarlo puesto que la generación de frío se basa
en aumentar de presión un fluido refrigerante y este cede el calor como
consecuencia del trabajo del compresor. A principios del siglo pasado la
energía eléctrica era cara, con muy poca distribución y los primeros
compresores dejaban mucho que desear. Aprovechando que presión y temperatura
van unidos, al aumentar de temperatura ese fluido refrigerante aumentaba
también de presión, lo que permite ceder energía y con el proceso de
descompresión absorber esta energía a refrigerar.
Pero donde
entran los elementos de absorción?
Cierto, el ciclo no se termina de cerrar puesto que al final de
proceso de frío tenemos un refrigerante expandido en forma de gas, así para
poder volver a iniciar el proceso, necesitamos que ese fluído vuelva a su
estado líquido.
Es aquí donde entran los elementos absorbentes, se utilizan varias combinaciones
de refrigente-absorvedor pero siempre son elementos muy afines entre sí.
Los más comunes son el BrLi (bromuro de litio) y el Agua pero también se
utiliza amoniaco y agua en circuitos más industriales.
Refrigerante y absorvedor están en una perfecta disolución, como consecuencia
de una energía calorífica estos se separan realizando uno de ellos el circuito
refrigerante y otro aumentando su concentración (esta varía en procesos de
simples o dobles de absorción). Resulta que al final del proceso de frío, el
refrigerante evaporado vuelve a encontrarse con el absorvedor altamente
concentrado y dada la afinidad que tienen el uno por el otro, se vuelven a juntar
para cerrar el círculo del proceso de frío.
Es decir, la función de absorvedor, es que se puedan volver
a dar las condiciones de inicio de ciclo para volver a repetir el proceso de
nuevo.
BrLi o Nh3?
El par BrLi Agua parece más indicado para las instalaciónes
de Aire acondicionado y el de Nh3 Agua para las de refrigeración. Aunque el
primero corre el riesgo de cristalización si se trabaja a temperaturas muy
altas por lo que suele ir unido siempre a torres de refrigeración y siendo por
su perfecta solubilidad entre ambos componentes más utilizado el par de
amoniaco y agua.
Que consumo y mantenimiento tiene una máquina de absorción?
Pues un consumo eléctrico mínimo correspondiente a los controles de válvulas y
algún motor de fluidos, todo lo demás funciona mediante procesos termodinámicos
y físico químicos que apenas producen desgaste al equipo y que hace que las
tareas de mantenimiento de estos dispositivos sean mínimos.
Entoces, si la absorción no consume apenas energía es viable
instalar una máquina de absorción?
Depende. Para la generación de frío hoy en día utilizamos compresores mecánicos
que tienen mucho mejor rendimiento que las máquinas de absorción, pero sin embargo si disponemos de energía en forma
de calor residual o resultante de un proceso de generación por energías renovables,
quizá es interesante el aprovechamiento de esta energía para este propósito.
En general los absorvedores se suelen aprovechar en plantas de trigeneración,
donde hay un calor residual que se aprovecha para la producción de frío, o en
las instalaciones solares térmicas que pueden conseguir con este proceso la obtención
de frío utilizando una fuente de energía renovable.
Sería absurdo utilizar energía calorífica primaria sabiendo que obtenemos un
peor rendimiento si esta no sobrara de algún sitio, o nos saliese especialmente
barata.
A todo esto hay que sumar que los costes de instalación son muy superiores,
puesto que este tipo de máquinas están compuestas por varios intercambiadores
de calor que incrementan el coste de los equipos.
Porqué todas las máquinas de absorción son japonesas?
Pues porque con los rendimientos de los compresores y el abaratamiento de la
energía eléctrica en el mundo se dejaron de utilizar las máquinas de absorción,
excepto en el lado oriental del planeta que debido a su política energética se
potenciaron y mejoraron estos sistemas. Hoy en día ya muchos otros países
fabrican esta maquinaria.
Existen máquinas
de absorción domésticas? Donde entra en juego la torre de refrigeración?
Aunque existen desarrollos de máquinas domésticas este tipo de
aparatos se suele utilizar principalmente para procesos industriales, en el
ciclo de la refrigeración estos equipos trabajan contra un evaporador este
puede ser por aíre o puede ser una torre de refrigeración que trabaja con agua.
Sin embargo los aeroenfriadores consumen mucha energía eléctrica en estos
procesos industriales, y además trabajan a más temperatura por lo que se corre
el riesgo de cristalización al trabajar con BrLi, por lo que es frecuente utilizar
torres de refrigeración.
Máquinas de Simple efecto o Doble efecto?
El doble efecto se inventó para sacar un plus de rendimiento a estos
equipos, durante el proceso absorbente y refrigerante se separan por efecto de
la energía térmica, este proceso se repite una segunda vez en las máquinas de
doble efecto para lograr una mayor concentración de absorvente y así mismo una
mayor concentración calorífica.
Las máquinas de simple efecto pueden llegar a un COP
(coeficiente de rendimiento energético) de 0,8 y con el doble efecto este se
puede incrementar a 1,4 algo lejos del rendimiento de 5,5 que pueden obtener las
instalaciones de frío convencional con compresor pero mucho si se recuerda que
la energía que se utiliza para este proceso es gratuita o proviene de un
proceso residual.
Rizando el Rizo…
Al calor aportado para los procesos de refrigeración es concentrado y sustraído
mediante un condensador, siendo posible reutilizar esta energía para otros
subprocesos, aunque este calor obtenido es mayor, se encuentra a menor
temperatura por lo que sus usos y aprovechamiento son mínimos.
Como funciona?
Si has llegado leyendo, hasta aquí, señal de que te interesa el tema y queda
pendiente que pueda explicar el proceso de generar frío mediante calor de una
manera fácil y sencilla, cosa que voy a intentar:
1.
SEPARACIÓN: Refrigernte y absorvente se encuentran
mezclados en una disolución, se aplica una energía a esa disolución proveniente
de un proceso térmico que separa ambos, el refrigerante va a hacia el circuito frigorífico
y el absorvedor altamente concentrado es conducido hacia un lugar llamado con
el mismo nombre: absorvedor.
(Este proceso se repite dos veces en máquinas de doble ciclo.)
2.
CONDENSACIÓN: Como consecuencia de la
temperatura el refrigerante se condensa por medio de la trasferencia de calor
latente y la energía aplicada. El refrigerante con mayor presión y temperatura
pasa por un condensador (generalmente una torre de refrigeración) que retira la
temperatura del fluido.
3.
EVAPORACIÓN: El fluido pasa por una válvula de
expansión, a una zona de baja presión, donde se produce otro cambio de estado evaporando
rápidamente extrayendo del ambiente circundante cantidades de calor
equivalentes al calor latente (principio de Dalton).
4.
ABSORCIÓN: Refrigerante y Absorvente se vuelven
a encontrar en un lugar llamado absorvedor y como son dos sustancias afines se
combinan siendo el absorvente el que absorbe el vapor que viene del evaporador equilibrando
las energías de ambos. Este proceso desprende energía, y para evitar que cesara
la absorción por cuestión de temperatura, es necesario refrigerar este proceso.
5.
El proceso se cierra, volvemos a tener los dos
elementos disueltos y se vuelve a repetir todo el proceso desde el principio.
Omolino.
