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¿Qué son los sistemas de refrigeración por absorción?

En la actualidad es posible sustituir los equipos de refrigeración por dispositivos en los que el consumo eléctrico sea reemplazado por el calor. Este calor proviene de fuentes diversas, en las que podemos incluir alguna instalación térmica. La refrigeración mediante calor se consigue gracias a las máquinas de enfriamiento por absorción, un sistema muy innovador que te queremos presentar a continuación.
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Fuente de la imagen: ©Bruno - Fotolia.com

¿Qué es la refrigeración por absorción?

El sistema de refrigeración por absorción es un medio de producir frío que, al igual que en el sistema de refrigeración por compresión, aprovecha que las sustancias absorben calor al cambiar de estado, de líquido a 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 sustancia absorbente (disolvente) y amoníaco como sustancia absorbida (soluto).

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Orígenes de la refrigeración por absorción

El ciclo de absorción no es un descubrimiento reciente, ya que el primer antecedente es el experimento realizado por el escocés William Cullen en el año 1755, cuando consiguió obtener una pequeña cantidad de hielo en una campana mantenida a una presión reducida. Pero fue el francés Ferdinand Carré quien en 1890 construyó la primera máquina de absorción para la fabricación de hielo. En la evolución del ciclo de absorción se han experimentado diversas parejas de refrigerante/absorbente, pero comercialmente hay únicamente dos: la formada por el agua como refrigerante y bromuro de litio como absorbente, y la que utiliza el amoníaco como refrigerante y agua como absorbente. Cada una de estas dos técnicas tiene sus peculiaridades.

La utilización del agua como refrigerante limita la temperatura de evaporación por encima de 0°C, permite, en cambio, una mayor eficiencia energética que la que se consigue con el ciclo de amoníaco que, por su parte, presenta la ventaja de poder bajar las temperaturas muy por debajo de 0°C y condensar a temperaturas más altas.

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Funcionamiento de la refrigeración por absorción

El ciclo más comúnmente empleado es el de agua-bromuro de litio por tener mayor eficiencia. Se emplea el bromuro de litio porque tiene gran capacidad de absorber agua y porque puede deshidratarse mediante el calor.Entrando 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 se obtiene de un intercambiador en el que se 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. En definitiva, en el absorbedor se desprende calor al absorber el gas, mientras que en el generador se absorbe calor al desprender el gas.

Además, también se suele utilizar un intercambiador de calor, poniendo en contacto, sin mezcla, los conductos absorbedor-generador y generador-absorbedor, para precalentar así 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 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 caloportador 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.

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Sistemas de refrigeración doméstica, beneficios y precio

Para poder contar con un sistema refrigeración por absorción en nuestros hogares, debemos instalar, las ya mencionadas máquinas de enfriamiento por absorción. Estas máquinas se caracterizan porque el compresor es sustituido por otro denominado de compresión térmica. En ésta, el refrigerante en estado gaseoso es absorbido por un absorbente líquido y el aumento de la presión no se consigue con un compresor sino mediante una bomba, cuyo consumo eléctrico es muy inferior.

¿Y cuál es su consumo?

El consumo que tienen este tipo de equipos se basa mayormente en el calor que se necesita para separar el absorbente del refrigerante, y así, de esta forma obtener frío partiendo del calor. El principal inconveniente de los equipos de absorción, respecto a un equipo común de aire acondicionado, es el rendimiento. En una maquina de absorción obtenemos 0,8 unidades de frío por cada unidad de calor entrante. Este rendimiento es muy bajo en comparación con el de los equipos de refrigeración comunes, donde obtenemos hasta 2 unidades de frío por cada unidad de electricidad entrante.

- Máquina de absorción: 0,8 unidades de frío por cada unidad de calor entrante

- Equipo de refrigeración común: 2 unidades de frío por cada unidad de electricidad entrante

A pesar de que podemos decir que el rendimiento de estas máquinas es bajo, estos equipos solamente resultarán rentables si el coste de la energía térmica no es muy elevado.

Y si hablamos de precio...

En la actualidad este tipo de máquinas tienen un coste elevado y baja rentabilidad. Por lo general podemos encontrar equipos de 17kW de potencia, con la que se podría enfriar hasta 300 m2, por un coste aproximado de 24.000 €. Un equipo de absorción de 17 kW de potencia, suficiente para enfriar una superficie de 300 m2, tiene un coste estimado de 24.000 €. Por otro lado, un equipo estándar de la misma potencia tiene un coste medio de 8.000 €. El ahorro de electricidad que supone la máquina de absorción respecto de la de compresión es de unos 6.000 kWh/año. Esto hace que el retorno de la inversión de un equipo de absorción sea superior a 20 años.

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Ahorros y ventajas ambientales

La utilización de equipos de refrigeración por ciclo de absorción permite ahorrar, en primer lugar, la energía primaria que habría hecho falta para producir la electricidad necesaria para hacer funcionar los equipos convencionales que sustituyen. Cuando el calor utilizado por la máquina de absorción es de origen gratuito o residual, el ahorro es absoluto, mientras que en los casos de aplicación de llama directa este dependerá de la energía primaria y las características de producción de la electricidad sustituida. Este aspecto es particularmente importante, tanto económica como estratégicamente, en países como el nuestro en que en la producción eléctrica dependemos mayoritariamente de la importación de combustibles de origen fósil.

Además, esto también permite la reducción de las emisiones de CO2 a la atmósfera y, por lo tanto, permite acercarnos al cumplimiento de los acuerdos de Kyoto. En cuanto a los fluidos utilizados en los ciclos de absorción, son totalmente inocuos para el medio ambiente, lo que afianza el carácter ecológico de los equipos de absorción.

Agua / Bromuro de Litio (LiBr)

Ventajas

Inconvenientes

El refrigerante agua tiene una alta capacidad calorífica.

El sistema no puede enfriar a temperaturas menores del punto de congelación de agua.

La solución de bromuro de litio no es volátil.

El bromuro de litio es solvente en agua sólo limitadamente.

Las sustancias no son tóxicas ni inflamables.

El vacío demanda una alta impermeabilidad del sistema.

Amoniaco (NH3 ) / Agua

Ventajas

Inconvenientes

El refrigerante amoniaco tiene una alta capacidad calorífica.

Presión muy alta del refrigerante (tuberías más gruesas).

Aplicaciones de temperaturas muy bajas, hasta -60°C.

Volatilidad del solvente (es necesaria una rectificación).

Propiedades muy buenas de transferencia de calor y masa.

Toxicidad del amoniaco.

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Este artículo ha sido escrito por: Christian Abele, Redactor de www.HogarSense.es