Se trata de una máquina que puede producir frío a partir de una fuente de calor. Esto hace posible que se pueda usar la energía solar térmica para refrigerar un espacio mediante el uso del bromuro de litio y el agua como agentes refrigerantes. Aunque es un sistema muy antiguo que ya fue implementado a finales del siglo XIX está siendo más estudiado actualmente por su aplicación el los sistemas de trigeneración y de refrigeración solar.
Esquema de como funciona una máquina de absorción
Para un sistema de refrigeración se usan elementos con funciones específicas para tratar el fluido refrigerante e ir moviendo el calor de un lugar a otro aprovechando las características térmicas de ese fluido.
El compresor eleva la presión del refrigerante en estado gaseoso que cede calor al exterior y se dirige al condensador, donde se transforma en líquido. Luego se reduce la presión por medio de la válvula de expansión, antes de entrar en el evaporador, donde absorbe calor y se convierte en gas, para comenzar el ciclo de nuevo.
En las máquinas de absorción el ciclo es similar pero se sustituye el compresor mecánico por un compresor térmico.
El compresor térmico consiste un conjunto compuesto por:
- Generador: el calor que se transfiere por una fuente como puede ser la energía solar térmica. Se produce un cambio de estado en el fluido refrigerante del sistema y la parte líquida se dirige al condensador y la parte gaseosa al absorbedor.
- Absorbedor: intercambiador de calor en el que se recibe fluido refrigerante en estado gaseoso por parte del evaporador y del generador. El refrigerante pasa a estado líquido antes de entrar en la bomba.
- Bomba: eleva la presión del refrigerante para que entre en el generador.
Refrigerantes usados en refrigeración por absorción
Un punto interesante que hay que tener en cuenta sobre los enfriadores de absorción es que no utilizan refrigerantes convencionales. En su lugar, utilizan agua como refrigerante, que se mezcla con amoníaco o bromuro de litio. El bromuro de litio es más común porque es más seguro y no tóxico, así que veremos cómo funcionan los enfriadores de agua y bromuro de litio.
Conocimiento esencial de la refrigeración por absorción
Justo antes de entrar y empezar a mirar el interior de un enfriador de absorción, necesitas entender tres conceptos importantes de este enfriador y por qué se utiliza agua y bromuro de litio.
Cuando hervimos agua, cambia de estado de líquido a vapor. El agua hierve a diferentes temperaturas bajo diferentes presiones. Si aumentas la presión, el agua hierve a temperaturas mucho más altas, y si disminuyes la presión, el agua hierve a temperaturas mucho más bajas.
Lo segundo que debes entender es que el bromuro de litio es una sal, solo en forma líquida. Y la sal atrae la humedad. Así que si rociamos bromuro de litio en algún vapor de agua, los dos se atraerán mutuamente y se mezclarán.
Lo tercero que debes recordar es que el agua y el bromuro de litio se pueden mezclar, pero si le añades calor, se separarán. El agua se elevará y se evaporará, y el bromuro de litio se hundirá en el fondo.ara este sistema de producción de frío los refrigerantes más utilizados por sus propiedades termodinámicas son el agua, el amoniaco y el bromuro de litio.
Ahora que comprendes estos tres conceptos, estás listo para mirar cómo funciona un enfriador de absorción.
Enfriadores de absorción
Los enfriadores de absorción son una tecnología muy antigua, que se inventó en 1858. Pero aún se usan mucho en el mundo de hoy. Se utilizan en lugares donde no hay electricidad, como en barcos y caravanas.
En el interior de un enfriador de absorción, hay una cámara llamada cámara de evaporación. Esta cámara está llena de agua y bromuro de litio. El agua se vaporiza y el bromuro de litio se mantiene en el fondo.
1) La cámara de evaporación está conectada a otra cámara llamada cámara de absorción.
2) Esta cámara está llena de un material absorbente, como una esponja.
3) El vapor de agua pasa a través de la cámara de absorción y se mezcla con el bromuro de litio.
4) El bromuro de litio absorbe el vapor de agua y se convierte en una solución líquida.
5) La solución líquida pasa a la cámara de evaporación, donde se separa el agua del bromuro de litio.
6) El agua se evapora y el bromuro de litio se mantiene en el fondo.
7) El bromuro de litio absorbe el calor del aire y el agua se enfría.
8) El agua se vuelve a evaporar y el ciclo se repite.
Los enfriadores de absorción son muy eficientes y no necesitan electricidad. Pero son más caros que los enfriadores convencionales.
Principio de funcionamiento de una unidad de enfriamiento por absorción
Los componentes principales de la unidad de enfriamiento por absorción son el condensador y el generador, que forman la cámara superior.
El evaporador y el absorvente forman la cámara inferior. También hay un intercambiador de calor para mejorar la eficiencia del sistema.
En primer lugar, se bombea una mezcla, de alrededor del 50% de bromuro de litio y del 40% de agua, desde el absorvente a través del intercambiador de calor y luego hacia arriba hasta el generador.
Esta línea se conoce como la línea de la solución débil, ya que el bromuro de litio está mezclado con agua. La sección del generador se rellena parcialmente para formar un reservorio para la mezcla de bromuro de litio y agua.
Una fuente de calor (agua caliente/vapor) fluye a través de una tubería dentro del reservorio del generador, lo que hace que el bromuro de litio y el agua se separen.
El agua se evaporará como vapor y subirá a la sección del condensador, dejando atrás el bromuro de litio. El bromuro de litio se acumula y se hundirá hacia el fondo debido al peso de las moléculas.
Esto provoca una concentración de líquido de bromuro de litio en la base del generador y luego fluirá hacia abajo, a través del intercambiador de calor, y se rociará sobre el absorvente, donde podrá mezclarse con moléculas de agua.
Mientras tanto, el vapor de agua se está condensando en un líquido mientras entra en contacto con una bobina de enfriamiento en la sección del condensador.
El agua de una torre de enfriamiento pasa a través de una tubería sellada dentro del condensador para extraer el calor del vapor de agua, lo que hace que se condense en un líquido. Este agua líquida se recoge entonces en una bandeja dentro del condensador y fluirá a través de una tubería hacia abajo hasta el evaporador. El caudal volumétrico de agua se controla a través de un orificio fijo.
El evaporador está en una condición de baja presión, cercana a la condición de vacío, lo que hace que el agua se evapore y baje de temperatura debido a la rápida caída de presión. El agua reduce la temperatura a alrededor de 4°C.
La línea de agua fría pasa a través del evaporador, al igual que una unidad típica de enfriamiento por aire o agua, y transporta todo el calor no deseado del edificio desde los AHU y las unidades de ventiladores de aletas, etc.
Esto pasa a través de una bobina de enfriamiento donde el agua fría del condensador se rocía entonces sobre la superficie para extraer la energía térmica no deseada.
El agua fría entrará en la bobina del evaporador a alrededor de 12°C y, a medida que el rocío de agua fría del condensador entra en contacto con la tubería de la línea de agua fría, transferirá su energía térmica al «agua fría« y al «agua del condensador«.
Recuerde que las dos aguas nunca se mezclan, siempre están separadas por la pared de la tubería. A medida que el calor se transfiere a través de la pared de la tubería y en el agua del condensador, en el exterior de las tuberías, el agua del condensador se evaporará en vapor debido a la baja presión de la cámara. Al evaporarse, lleva el calor no deseado. Recordemos que aprendimos anteriormente que el agua hierve a bajas temperaturas bajo baja presión.
El circuito de agua fría ya ha dado su calor y, al salir del evaporador, estará alrededor de 7°C y estará listo para ser bombeado por todo el edificio para recolectar más calor.
Otro circuito recirculará cualquier agua que se haya perdido y no haya hervido. Esto será bombeado de nuevo hasta la parte superior del evaporador y rociado de nuevo hasta que todo se evapore en vapor.
El vapor de agua, o vapor, producido por el evaporador se atraerá y se extraerá hacia la solución de bromuro de litio concentrada que se está rociando en el absorvente.
Esto es casi como una fuerza magnética, la atracción es lo suficientemente fuerte como para que las partículas de agua fluyan por sí mismas directamente hacia el absorvente para estar juntas con las partículas de bromuro de litio.
Esta atracción entre las partículas de agua y las partículas de bromuro de litio es lo que causa el vacío en la cámara.
Cuando los dos fluidos entran en contacto, generan un poco de calor y esto, así como el calor recolectado del circuito de agua fría, necesitan ser retirados, por lo que el circuito de agua de la torre de enfriamiento también pasa a través del absorvente.
El agua de la torre de enfriamiento también condensa las partículas de vapor residuales de nuevo en un líquido.
La mezcla de bromuro de litio y agua se recolecta en el fondo lista para ser bombeada de nuevo al generador para repetir el ciclo.
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