Tecnología
Ciclos termodinámicos de absorción amoníaco-agua (NH₃-H₂O), bromuro de litio (H₂O-LiBr) y bombas de calor de absorción Tipo I y Tipo II.
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 |
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.
El proceso se desarrolla mediante las siguientes etapas:
La solución rica en amoníaco recibe energía térmica en el generador. El aporte de calor provoca la separación del amoníaco del agua.
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.
El amoníaco a alta presión cede calor al medio de rechazo y se condensa, pasando a estado líquido.
El refrigerante líquido atraviesa el dispositivo de expansión, reduciendo su presión y temperatura.
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.
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.
La solución rica en amoníaco se bombea nuevamente hacia el generador, cerrando el circuito.
La solución empobrecida en el generador vuelve al absorbedor, cediendo calor a la solución rica y reduciendo su presión mediante una válvula.
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.
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.
La solución de LiBr recibe energía térmica. El calentamiento provoca la separación del agua refrigerante del absorbente.
El vapor de agua procedente del generador cede calor al circuito de rechazo y se condensa.
El agua líquida reduce su presión antes de entrar en el evaporador.
A baja presión, el agua se evapora a una temperatura reducida y absorbe calor del circuito de agua enfriada, produciendo el efecto frigorífico.
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.
La solución diluida se bombea nuevamente hacia el generador, elevando su presión para continuar el ciclo.
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.
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.
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:
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.
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
Este principio permite recuperar energía térmica y elevar su nivel de temperatura para su utilización posterior.
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
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.
Equipos
Enfriadoras que producen agua fría con calor en lugar de electricidad: agua caliente, vapor, gas o gases de escape, de 17,6 kW a más de 8 MW.
Bombas de calor de absorción Thermax que recuperan calor residual y lo convierten en agua caliente o vapor de proceso, de 500 kW a 40 MW.
Bombas de calor que usan gas natural o GLP para calefacción, ACS y refrigeración, con una demanda eléctrica mínima.
Aplicaciones
Proyectos
District heating con bombas de calor a gas aerotérmicas ROBUR en la Urbanización Mas Sallent
Conjunto de viviendas La Ventajola (La Cerdanya). Bombas de calor geotérmicas a gas para calefacción y acs.
Refrigeración utilizando caldera de vapor de biomasa con enfriadora de absorción Thermax en Bodegas Miguel Torres
Sistema de climatización solar con enfriadora de absorción en edificio Ciesol de la Universidad de Almería
District heating & cooling ST4 con enfriadoras de absorción Thermax en Paque Tecnológico del Alba, Cerdanyola del Vallés, Barcelona
Te ayudamos a comparar absorción, compresión y cogeneración según la energía disponible y la demanda.
