Sistema de refrigeración por absorción

Otro sistema de refrigeración que tiene una ventaja económica cuando se tiene una fuente de energía térmica barata a una temperatura de 100 a 200 °C, es la refrigeración por absorción. Algunos ejemplos de fuentes de energía térmica barata incluyen la energía geotérmica, la solar, el calor residual de centrales de cogeneración o de vapor de proceso, e incluso el gas natural cuando está disponible a un precio relativamente bajo.

Como su nombre lo indica, los sistemas de refrigeración por absorción implican la absorción de un refrigerante por un medio de transporte. El sistema de refrigeración por absorción más utilizado es el sistema de amoniaco-agua, donde el amoniaco (NH3) sirve como el refrigerante y el agua (H2O) es el medio de transporte. 

Para comprender los principios básicos que implica la refrigeración por absorción, se examina el sistema NH3 —H2O que se muestra en la figura 1. Se observa inmediatamente de que este sistema es muy similar al sistema por compresión de vapor, excepto que el compresor se ha sustituido por un complicado mecanismo de absorción compuesto por un absorbedor, una bomba, un generador, un regenerador, una válvula y un rectificador. 

Una vez que la presión del NH3 es elevada por los componentes presentados en la figura 1

dentro del rectángulo punteado, el amoniaco se enfría y se condensa en el condensador, liberando calor hacia los alrededores; se estrangula hasta la presión del evaporador y absorbe calor del espacio refrigerado cuando fluye a través del evaporador. Así que no hay nada nuevo. 

A continuación se indica lo que sucede dentro del rectángulo punteado: El vapor de amoniaco sale del evaporador y entra al absorbedor, donde se disuelve y tiene una reacción química con el agua para formar NH3 · H2O. Ésta es una reacción exotérmica; por ello el calor se libera durante este proceso. La cantidad de NH3 que puede disolverse en H2O es inversamente proporcional a la temperatura. Por consiguiente, es necesario enfriar el absorbedor para mantener su temperatura lo más baja posible y, por ende, para maximizar la cantidad de NH3 disuelto en el agua. La solución líquida NH3 H2O, que es rica en NH3,

se bombea luego al generador. El calor se transfiere a la solución de una fuente para evaporar una parte de la solución. El vapor que es rico en NH3 pasa por un rectificador, que separa el agua y la regresa al generador. El vapor de NH3 puro de alta presión continúa luego su trayecto por el resto del ciclo. La solución caliente NH3 H2O, pobre en NH3, pasa después por un regenerador, donde transfiere una parte de su calor a la solución enriquecida que sale de la bomba, y se estrangula hasta la presión del absorbedor.

Figura 1: Ciclo de refrigeración por absorción de amoniaco.

Pese a las ventajas que ofrece este versátil sistema en cuando a la forma de como obtiene su fuente de energía, resultan más costosos que los sistemas de refrigeración por compresión de vapor. Son más complejos y ocupan más espacio, son mucho menos eficientes, por lo tanto requieren torres de enfriamiento mucho más grandes para liberar el calor residual, y son más difíciles en mantenimiento dado que son poco comunes. Así, los sistemas

de refrigeración por absorción deberían considerarse sólo cuando el costo unitario de la energía térmica sea bajo y se proyecte permanecer bajo en comparación con la electricidad. 

El COP de sistemas de refrigeración por absorción se define como: 

El COP máximo de un sistema de refrigeración por absorción se determina suponiendo que el ciclo completo es totalmente reversible (es decir, el ciclo no incluye irreversibilidades ni ninguna transferencia de calor debido a una diferencia finita de temperatura). El sistema de refrigeración sería reversible si el calor de la fuente (Qgenerador) se transfiriera a una máquina térmica de Carnot, y la salida de trabajo de esta máquina térmica se suministrara a un refrigerador de Carnot para extraer calor de un espacio refrigerado.

donde TL, T0 y T son las temperaturas termodinámicas del espacio refrigerado

El siguiente video explica este sistema de refrigeración pero con componentes más sencillos.

Ejemplo: 

Se suministra calor a un sistema de refrigeración por absorción de un pozo geotérmico a 130ºC, a razón de 5 x10^5 kJ/h. El entorno está a 25ºC, t el refrigerado se mantiene a -30ºC. Determine la tasa máxima  la que este sistema puede quitar calor del espacio refrigerado. 

Otro sistema de refrigeración por absorción es H2O - LiBr la cual utiliza el agua como fluido frigorífico y el bromuro de litio como absorbente. La utilización del agua como refrigerante limita las temperaturas en el evaporador dado que existe la limitación del punto de congelación. Se trata de una alternativa a la que NH3-H2O en cuanto que la utilización de NH3 encierra algunos riesgos dado su carácter tóxico, imflamable y corrosivo. 

Un aspecto de las máquinas de absorción es una reflexión sobre rendimientos. Dejando aparte el concepto de rendimiento energético, que esta perfectamente determinado, nunca como ahora el concepto de rendimiento utilitario, efeciencia, etc, ha estado tan sujeto a cambios, orientaciones, premisas, predicamentos. Es algo parecido a lo que ocurre con los beneficios económicos, ¿Qué es preferible, un beneficio alto y corto en el tiempo o un beneficio menos acusado pero más sostenible en el tiempo?. No siempre un rendimiento económico es  indicativo de la bondad de un proceso. Una industria maderera puede tener un altísimo rendimiento económico pero si acaba con los bosques de la región de acabará el negocio de la madera para el negociante y para sus hijos.