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?
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.)
(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.
