Refrigeración por Absorción: Interés Energético e Impacto Ambiental

El cada vez más acelerado desarrollo tecnológico unido a las crecientes necesidades de la población mundial ha conducido a un desenfrenado e irracional uso de los recursos energéticos, siendo los sistemas de refrigeración y aire acondicionado los principales consumidores de ésta.

Por: Ing. José María Cano Marcos

Estos sistemas en gran número de empresas gastan de 40 a 70 % del consumo total de energía eléctrica. Los sistemas de refrigeración y acondicionamiento de aire, principalmente los de compresión, son una ironía técnica, pues envían más calor al planeta que frío a las necesidades de las personas. Esto supone que si seguimos utilizando los sistemas convencionales continuará el acelerado calentamiento del planeta y el deterioro de la capa de ozono.

Existen hoy en día algunos métodos con tecnología “nueva” que hacen de las necesidades de refrigeración una opción menos contaminante. Los ciclos de absorción (ver figura 1) por ejemplo, se basan físicamente en la capacidad que tienen algunas sustancias, tales como el agua y sales como el Bromuro de Litio, para absorber, en fase líquida, vapores de otras sustancias como el Amoniaco y el agua, respectivamente.

A partir de este principio es posible concebir una máquina en la que se produce una evaporación con la consiguiente absorción de calor, que permite el enfriamiento de un fluido secundario en el intercambiador de calor que actúa como evaporador, para acto seguido recuperar el vapor producido disolviendo una solución salina o incorporándolo a una masa líquida. El resto de componentes e intercambiadores de calor que configuran una planta frigorífica de absorción se utilizan para transportar el vapor absorbido y regenerar el líquido correspondiente para que la evaporación se produzca de manera continua. En estos ciclos hablamos siempre de agente absorbente, designando así a la sustancia que absorbe vapores, y de agente refrigerante, o agente frigorífico, a la sustancia que se evapora y da lugar a una producción frigorífica aprovechable. Serían absorbentes el agua y la solución de Bromuro de Litio, y refrigerantes el Amoniaco y agua destilada, en los ciclos de absorción Agua-Amoniaco y Bromuro de Litio-Agua, respectivamente.

Consideraciones sobre operación y mantenimiento

Uno de los rasgos característicos de la maquinaria frigorífica de absorción ha sido siempre su hermeticidad y dificultad de comprensión para los operadores. Por principio, la necesidad de confinar sustancias de cierto riesgo como el Amoniaco, y de mantener depresiones relativas muy altas en su interior, para conseguir la evaporación de refrigerantes, tales como el agua, a temperaturas lo suficientemente bajas para hacerlas utilizables en procesos de refrigeración es algo complejo.

Los técnicos frigoristas que se encuentran por primera vez delante de una planta enfriadora por ciclo de absorción, tardan bastante tiempo en comprender que la mayoría de los criterios de servicio y “reglas del arte” válidas en la refrigeración “convencional”, no son de aplicación inmediata a las máquinas de absorción.

El comportamiento de los fluidos interiores de la máquina de absorción, refrigerante y absorbente, durante el proceso de funcionamiento del ciclo está directamente condicionado por la evolución energética de los fluidos exteriores a la máquina; agua a enfriar en el evaporador, agua de la torre de recuperación, y agua caliente o vapor aportado al concentrador. El equilibrio energético entre todos los intercambiadores de calor de la máquina es el que condiciona la estabilidad del ciclo.

Desde el punto de vista de su operación y mantenimiento (ver figura 2), las máquinas de absorción requieren intervenciones específicas que no son de aplicación en otro tipo de circuitos frigoríficos.

Criterios Actuales de Diseño

Cuando las primeras plantas de absorción aparecieron en el mercado la tecnología electrónica estaba en sus albores. Hoy en día estas dificultades de acceso e interpretación se han eliminado prácticamente, y es mucho más sencillo e inmediato analizar el comportamiento de un equipo en unas condiciones dadas. Este gran avance se debe, fundamentalmente al desarrollo y perfeccionamiento de las aplicaciones de la microelectrónica al control y gestión de la maquinaria en general, que también se ha hecho patente en las máquinas frigoríficas en los últimos años.

La aplicación de dispositivos de control basados en microprocesadores, permite la utilización de todo tipo de sensores de temperatura, presión y concentración, y la utilización de lógicas de control que por una parte ponen al alcance de los operadores, de manera inmediata, una información importantísima e imprescindible para el manejo de la máquina, cuya obtención era como mínimo, muy laboriosa con los controles utilizados anteriormente; y por otra, facilitan un funcionamiento más estable y seguro de las máquinas.

En materia de seguridad y estabilidad de funcionamiento se han aportado grandes mejoras. Así por ejemplo, se ha conseguido que los procesos de entrada en carga, puesta en régimen y parada de las máquinas, se desarrollen de manera equilibrada y sin riesgo de que se produzcan fenómenos perturbadores.

Desde el punto de vista de resistencia mecánica también se han conseguido mejoras importantes. La utilización de aceros aleados de alta resistencia en la fabricación de las envolventes permite una construcción más ligera, y el empleo de tubos de materiales inoxidables o de alta resistencia a la corrosión, como el cuproníquel, en la fabricación de haces tubulares de intercambiadores de calor, facilita mejores rendimientos en la transmisión de calor al tiempo que alarga la vida útil de las máquinas.

Interés Energético

En todo proceso de definición de las posibles soluciones a un determinado problema de aprovechamiento de energía consumida, los considerandos que más fuertemente influyen en la decisión tanto de proyectistas como de las propiedades se relacionan principalmente como consideraciones de índole económica, fundamentalmente por el impacto producido en el ambiente.

El coste inicial de una planta frigorífica de absorción es superior a la inversión hecha en un equipo de compresión mecánica de la misma capacidad.

La razón para esta diferencia está basada directamente en la muy superior cantidad de materiales metálicos que son necesarios para la fabricación de los intercambiadores de calor, en equipos que se basan en procesos termodinámicos donde es menor o donde prácticamente no existe aportación del equivalente térmico del trabajo mecánico.

Sin embargo, cuando se analizan los costes de explotación a partir del valor de las energías consumibles, la balanza puede desplazarse a favor de los equipos de absorción, si se dan las condiciones de partida necesarias.

Por otra parte, el concepto de COP (Coefficient of Performance) en refrigeración, es sinónimo de Eficiencia Energética en el evaporador. COP que se define “oficialmente” como: “La cantidad de refrigeración obtenida de una máquina dividida entre la cantidad de energía que se requiere aportar respectivamente para conseguir esta refrigeración” (de acuerdo con la ASHRAE). En este cómputo no se incluyen los consumos auxiliares de energía eléctrica necesarios para que se realice el funcionamiento de bombas y ventiladores.

Los COPs esperables de los ciclos de absorción son también muy bajos comparados con los de los ciclos de compresión mecánica. En máquinas de absorción de una etapa, con Bromuro de Litio, no se superan COPs de 0,7. En ciclos de baja temperatura Amoniaco / Agua se consiguen valores de COPs de 0,5 y pueden alcanzarse máximos de 0,8.

Los sistemas de absorción (ver figura 3) además de permitir utilización de energías térmicas que serian evacuadas a la atmósfera de no utilizarse estos sistemas para su recuperación y aprovechamiento, evitan el consumo de energías más caras, fósiles o eléctricas, dando lugar a un doble ahorro; uno por la recuperación de energías desechables y otro por la reducción de consumos primarios en la producción de energía eléctrica, para producción de frío.

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