Absorsistem, especialista en eficiencia y ahorro en costes energéticos.

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Funcionamiento del ciclo de absorción de doble efecto con bromuro de litio y agua, a llama directa de gas (natural o GLP).

El ciclo que se describe a continuación es el empleado por las unidades de la marca YAZAKI que utilizan como energía un combustible gaseoso (gas natural o GLP).

El fluido utilizado en el ciclo de refrigeración, es una solución de agua y Bromuro de litio (LiBr), siendo el agua el refrigerante y el LiBr el absorbente. Una primera ventaja es que los agentes utilizados son totalmente inocuos para el medio ambiente. El LiBr es una sal similar a la sal común y como ella tiene una gran afinidad con el agua, absorbiéndola fácilmente. El otro aspecto importante para entender como puede utilizarse el agua como refrigerante, es saber que ésta, cuando se encuentra en un espacio en el que la presión absoluta está muy por debajo de la presión atmosférica y que en este caso es de únicamente de 0,9 kPa (9 mbar en vez de 1013 que es la presión atmosférica nominal), el agua se evapora (hierve) a tan solo 3ºC.


Ciclo de absorción LiBr-H2O de doble efecto

Para explicar el funcionamiento del ciclo de refrigeración, seguiremos el esquema simplificado de la Figura 1. Empezamos en el generador que está situado en la parte inferior izquierda del gráfico, donde la solución acuosa (denominada en este punto solución diluida) está a una temperatura de 135ºC con un contenido del 54% de LiBr. Por efecto del calor aportado por el quemador de gas, la temperatura de la solución diluida asciende hasta un valor nominal de 147ºC y a una presión a 75 kPa, lo que provoca la ebullición del agua que asciende a través de la bomba de burbujas hasta alcanzar el separador principal el cual es atravesado únicamente por el vapor de agua. Como resultado de la separación del vapor, la solución restante se concentra a un valor de 56% de LiBr en agua (solución semiconcentrada) la cual fluye del separador hacia el intercambiador de alta temperatura donde es enfriada por la solución diluida (se verá más adelante) hasta 75ºC entrando a continuación en el generador de baja temperatura. En paralelo, el vapor de agua a la temperatura de 147ºC, después de atravesar el separador principal, circula por el circuito primario del generador de baja temperatura aportando calor a la solución semiconcentrada que está en el secundario de éste. Como consecuencia de este intercambio de calor, parte del agua de la solución semiconcentrada hierve liberando vapor refrigerante adicional a una temperatura de 78ºC y una presión de 5,6 kPa. Esta segunda separación de vapor de la solución permite aumentar el rendimiento de la máquina y es la razón por la que esta variante del ciclo se denomine de doble efecto.

El vapor separado en el generador de baja temperatura atraviesa el separador secundario y alcanza el condensador donde se reúne con el vapor generado en la primera etapa, o sea, en el generador de alta temperatura.

En el condensador, el circuito por el que circula el agua de enfriamiento procedente generalmente de una torre evaporativa, enfría el vapor hasta 41ºC condensándolo y formando el agua que es el líquido refrigerante. Éste líquido entra en el evaporador debido a la diferencia de presión y al encontrarse en un espacio donde la presión absoluta es de solo 0,7 kPa se evapora a una temperatura de 3,3ºC adquiriendo el calor necesario para ello del agua a refrigerar que está circulando por un serpentín situado dentro del evaporador. Gracias a ello el agua del circuito de refrigeración desciende a la temperatura de 7ºC.

Mientras, la solución semiconcentrada al reducir su contenido de agua por efecto de la evaporación en el generador de baja temperatura, concentra su contenido de LiBr hasta un 58% por lo que pasamos a denominarla solución concentrada. En estas condiciones fluye a través del intercambiador de calor de baja temperatura donde cede calor a la solución diluida que circula por su circuito secundario (volveremos sobre ello más adelante) reduciendo su temperatura hasta 40ºC. A continuación la solución concentrada entra en el absorbedor que es un espacio compartido con el evaporador y en el que se encuentra un serpentín por el que circula agua de enfriamiento a una temperatura máxima de 29,5ºC procedente de una torre evaporativa externa a la máquina. Dentro del absorbedor el LiBr de la solución concentrada, gracias a su alta afinidad con el agua, absorbe el vapor producido en el evaporador lo que permite mantener constante la presión en éste. Al mismo tiempo, el agua de enfriamiento que circula por el serpentín del absorbedor elimina durante el proceso de absorción el calor aportado al vapor de agua en el evaporador.

Como toda el agua separada de la solución en los dos generadores, el de alta y el de baja temperatura, ha llegado finalmente al absorbedor, en este espacio la solución se diluye de nuevo hasta el 54% inicial, o sea, vuelve a ser solución diluida. Desde el absorbedor, dicha solución es aspirada por la bomba de solución haciéndola pasar primero por el intercambiador de calor de baja temperatura, calentándose como hemos visto antes con el calor cedido por la solución concentrada y a continuación por el intercambiador de calor de alta temperatura donde, como también hemos visto, adquiere el calor cedido por la solución semiconcentrada, entrando finalmente en el generador de alta temperatura donde de nuevo se inicia el ciclo.

Las temperaturas y los niveles de concentración del LiBr pueden sufrir algunas variaciones según el fabricante e incluso el modelo del equipo. El ciclo descrito es el denominado de circuito en serie ya que los fluidos circulan en serie a través de los distintos dispositivos. Algunos fabricantes han introducido variaciones a este circuito, especialmente en unidades de gran potencia, con el propósito de disminuir la cantidad de fluido a circular y el volumen de la máquina.

Ciclo de calefacción

Para conseguir calentar el agua con el fin de cubrir con el mismo aparato las necesidades de calefacción, se procede a abrir la válvula de cambio de ciclo y se interrumpe la circulación del agua de enfriamiento procedente de la torre evaporativa. Debe también cambiarse el ciclo en el control electrónico del sistema con el fin que adopte la lógica correspondiente a este servicio.

Al igual que en el proceso de refrigeración, al hervir la solución en el generador de alta temperatura el vapor asciende junto con gotas de solución semidiluida a través de la bomba de burbujas, pero al estar ahora abierta la válvula de cambio de ciclo, el vapor caliente accede al evaporador a través del tubo de by-pass donde está colocada dicha válvula, ascendiendo dentro de él y condensándose en la superficie del serpentín por el que circula el agua de la instalación (el mismo por el que circula el agua a refrigerar en modo de refrigeración), cediendo a esta el calor de condensación y haciendo que aumente su temperatura. Al mismo tiempo, una parte del vapor fluye a través del generador de baja temperatura y el condensador, pero como por éste no circula el agua de enfriamiento procedente de la torre, no puede producirse la condensación y accede también al evaporador en fase vapor condensándose igualmente sobre el serpentín del agua a calentar cediendo a ésta su calor latente.

La solución diluida, por su parte, se acumula en el colector inferior del absorbedor de donde la bomba de solución le obliga a circular por los intercambiadores de calor hasta alcanzar el generador de alta temperatura donde vuelve a iniciarse el ciclo.