Tecnología Absorción

Principio y antecedentes
Absorción H2O-NH3
Absorción LiBr H2O
Bombas de calor de absorción

Ciclos termodinámicos y tecnologías

La producción eficiente de frío y calor puede basarse en diferentes ciclos termodinámicos, capaces de transformar una fuente de energía en una prestación térmica útil.

La elección de la tecnología depende de factores como la temperatura requerida, la fuente energética disponible, el nivel térmico de la energía residual, las condiciones de operación y las características de la instalación.

En Absorsistem, con más de 20 años de experiencia, trabajamos con dos grandes familias: los ciclos de absorción, accionados por energía térmica, y los ciclos de compresión de vapor, accionados por un compresor eléctrico o con motor de gas, aplicados a la producción eficiente de frío, calor y recuperación de energía térmica.

Tecnología	Energía de accionamiento	Qué produce	Marcas
Absorción NH₃-H₂O	Gas (natural o GLP)	Agua refrigerada y agua caliente mediante bomba de calor de absorción	Robur
Absorción H₂O-LiBr	Agua caliente, vapor, gases de escape o gas	Agua refrigerada y bombas de calor de absorción Tipo I y Tipo II	Yazaki, Thermax
Compresión con motor de gas	Gas	Agua refrigerada y agua caliente, con recuperación del calor del motor	Aisin
Compresión eléctrica de alta temperatura	Electricidad	Agua caliente (a alta temperatura) y agua refrigerada; recuperación de calor residual	Oilon, Enerblue

Ciclo de absorción NH₃ - H₂O (amoníaco – agua)

El ciclo de refrigeración por absorción permite producir frío mediante el aporte de energía térmica, sustituyendo el compresor mecánico de los ciclos convencionales de compresión por un sistema termoquímico formado principalmente por generador, absorbedor, bomba de solución e intercambiadores de calor.

El principio termodinámico se basa en la utilización de un par refrigerante-absorbente. El refrigerante se evapora a baja presión para absorber calor y producir frío. Posteriormente, es absorbido por el absorbente y la solución resultante se bombea hasta una presión superior. El aporte de calor en el generador permite separar nuevamente el refrigerante y cerrar el ciclo.

Esta configuración permite utilizar energía térmica como energía de accionamiento, incluyendo fuentes de calor que pueden no ser directamente aprovechables mediante un ciclo de compresión convencional.

Los principales pares de trabajo utilizados en refrigeración por absorción son:

Ciclo de NH₃ – H₂O (amoníaco – agua).

Ciclo de H₂O – LiBr (agua – bromuro de litio).

1.1. Ciclo de absorción NH₃ – H₂O (amoníaco – agua)

En el sistema NH₃ – H₂O, el amoníaco (NH₃) actúa como refrigerante y el agua (H₂O) como absorbente.

Como el refrigerante no se ve limitado por la congelación del agua, el ciclo permite producir frío tanto a temperatura positiva como negativa, y también producir calor en modo bomba de calor de absorción. Trabaja a presiones superiores a la atmosférica y admite disipar el calor directamente al aire.

Principio de funcionamiento

El proceso se desarrolla mediante las siguientes etapas:

Etapa 1. Generación

La solución rica en amoníaco recibe energía térmica en el generador. El aporte de calor provoca la separación del amoníaco del agua.

Etapa 2. Rectificación

El vapor de amoníaco procedente del generador puede contener pequeñas cantidades de agua. El rectificador reduce esta presencia antes de que el refrigerante llegue al condensador, mejorando la pureza del amoníaco.

Etapa 3. Condensación

El amoníaco a alta presión cede calor al medio de rechazo y se condensa, pasando a estado líquido.

Etapa 4. Expansión

El refrigerante líquido atraviesa el dispositivo de expansión, reduciendo su presión y temperatura.

Etapa 5. Evaporación

El amoníaco a baja presión absorbe calor del circuito que se desea refrigerar y se evapora. En esta etapa se produce el efecto frigorífico útil.

Etapa 6. Absorción

El vapor de amoníaco procedente del evaporador entra en el absorbedor y es absorbido por el agua. La absorción libera calor, que debe ser evacuado para mantener las condiciones adecuadas del ciclo.

Etapa 7. Bombeo de la solución

La solución rica en amoníaco se bombea nuevamente hacia el generador, cerrando el circuito.

Etapa 8. Retorno de la solución

La solución empobrecida en el generador vuelve al absorbedor, cediendo calor a la solución rica y reduciendo su presión mediante una válvula.

Refrigeración y bomba de calor

En modo refrigeración, el ciclo permite extraer calor de un foco frío y transferirlo hacia un foco de mayor temperatura.

En modo bomba de calor de absorción, el calor cedido en el absorbedor y en el condensador es el calor útil, que se entrega a una temperatura intermedia entre la de la fuente fría y la del accionamiento. Es el principio de las bombas de calor de absorción a gas que toman energía del aire, del agua o del subsuelo.

Ciclo de simple efecto LiBr-H₂O

En el sistema H₂O – LiBr, el agua actúa como refrigerante y el bromuro de litio (LiBr) como absorbente. El circuito trabaja en vacío: el agua se evapora a muy baja presión y temperatura y absorbe calor del circuito de agua refrigerada.

El refrigerante se evapora a muy baja presión y temperatura para absorber calor del circuito que se desea refrigerar. El vapor de agua generado es posteriormente absorbido por una solución concentrada de bromuro de litio.

A diferencia del ciclo H₂O-NH₃, el agua es el refrigerante y, por tanto, las condiciones de funcionamiento del evaporador determinan el rango de temperaturas de producción de frío del sistema.

Principio de funcionamiento

Etapa 1. Generador

La solución de LiBr recibe energía térmica. El calentamiento provoca la separación del agua refrigerante del absorbente.

Etapa 2. Condensador

El vapor de agua procedente del generador cede calor al circuito de rechazo y se condensa.

Etapa 3. Expansión

El agua líquida reduce su presión antes de entrar en el evaporador.

Etapa 4. Evaporador

A baja presión, el agua se evapora a una temperatura reducida y absorbe calor del circuito de agua enfriada, produciendo el efecto frigorífico.

Etapa 5. Absorbedor

El vapor de agua procedente del evaporador es absorbido por la solución de bromuro de litio. Este proceso libera calor, que debe evacuarse mediante el circuito de rechazo.

Etapa 6. Bombeo de la solución

La solución diluida se bombea nuevamente hacia el generador, elevando su presión para continuar el ciclo.

Etapa 7. Retorno de la solución concentrada

La solución concentrada vuelve del generador al absorbedor, cediendo calor a la solución diluida. Así se cierra el ciclo.

La principal característica del ciclo LiBr-H₂O es que permite producir agua fría utilizando energía térmica como energía principal de accionamiento del ciclo frigorífico, reduciendo la necesidad de electricidad asociada a la compresión mecánica.

2.1. LiBr-H₂O de simple efecto

En una configuración de simple efecto, el generador recibe directamente la energía térmica de accionamiento y se produce una única etapa principal de generación de refrigerante.

Este ciclo puede trabajar con fuentes térmicas de temperatura moderada, como agua caliente (desde 70ºC), agua sobrecalentada o determinadas fuentes de calor residual, con un COP del orden del 0,7 – 0,8.

Su configuración relativamente sencilla permite aprovechar eficazmente fuentes térmicas disponibles cuando las condiciones de temperatura no justifican un ciclo de doble efecto.

Ciclo de absorción simple efecto LiBr-H2O

Ciclo de doble efecto LiBr-H₂O

El doble efecto incorpora una segunda etapa de generación que permite aprovechar con mayor eficiencia la energía térmica de accionamiento.

El vapor generado en la primera etapa aporta energía térmica a una segunda etapa de generación, reduciendo la cantidad de energía externa necesaria para producir el refrigerante.

Esta configuración permite alcanzar una mayor eficiencia térmica del ciclo, el COP es del orden del 1,4 – 1,5, aunque requiere una fuente de accionamiento a mayor temperatura (vapor, gases de escape o llama directa de gas).

La selección entre simple y doble efecto depende principalmente de:

Temperatura disponible de la fuente térmica.

Potencia frigorífica requerida.

Perfil de funcionamiento.

Temperaturas de entrada y salida de los circuitos.

Condiciones del circuito de rechazo.

Eficiencia energética global de la instalación.

Ciclo de absorción doble efecto LiBr-H2O

Bombas de calor de absorción Tipo I y Tipo II

Una bomba de calor de absorción utiliza el principio de absorción para transferir energía térmica entre diferentes niveles de temperatura.

En lugar de utilizar principalmente electricidad para accionar un compresor mecánico, el ciclo utiliza energía térmica como fuente de accionamiento.

Según la configuración termodinámica, pueden distinguirse principalmente dos conceptos: bombas de calor de absorción Tipo I y Tipo II.

Bombas de calor de absorción Tipo I

La bomba de calor de Tipo I utiliza una fuente térmica de accionamiento y una fuente de calor de menor temperatura para producir calor útil a una temperatura superior.

De forma simplificada:

Energía térmica de accionamiento + calor de fuente → calor útil a mayor temperatura

Recuperación de calor industrial mediante bomba de calor Tipo I (Absorción)

Este principio permite recuperar energía térmica y elevar su nivel de temperatura para su utilización posterior.

Bombas de calor de absorción Tipo II

La bomba de calor de Tipo II, también denominada transformador de calor, utiliza una fuente de calor disponible a alta temperatura para obtener una parte de esa energía a una temperatura todavía superior.

De forma simplificada:

Calor disponible a alta temperatura → elevación de temperatura → calor útil a mayor temperatura

Recuperación de calor industrial mediante bomba de calor Tipo II (Transformador de calor)

La diferencia entre ambos conceptos resulta fundamental para determinar qué configuración puede aprovechar mejor una fuente térmica disponible en función de su temperatura y de las necesidades de calor útil.