Refrigeración utilizando energía solar
Tecnología Absorción
- Principio y antecedentes
- Absorción H2O-NH3
- Absorción LiBr H2O
Principio y antecedentes históricos del ciclo de refrigeración por absorción
El ciclo termodinámico de enfriamiento por absorción, al igual que el de compresión, se basa en la necesidad del fluido usado como refrigerante de obtener calor del líquido a enfriar para poder pasar del estado líquido al de vapor al reducirse la presión a la que está sometido. En los equipos de refrigeración, el fluido en estado líquido se encuentra a más alta presión en el condensador y se le hace fluir al evaporador a baja presión donde obtiene de su entorno el calor necesario para poder evaporarse. Este refrigerante en estado vapor se devuelve a alta presión al condensador donde se le sustrae el calor que ha obtenido volviendo al estado líquido para empezar de nuevo el ciclo. Con ello se logra el objetivo de sacar calor de un espacio, el evaporador, enfriándolo, para disiparlo en otro, el condensador.
Mientras que en el ciclo de compresión, la circulación del fluido y el efecto de la presión se obtiene con un compresor mecánico, en el ciclo de absorción ello se logra aportando calor al generador donde el refrigerante está mezclado con otro fluido denominado absorbente cuya función es absorber el vapor en la zona de baja presión para poder devolverlo en forma líquida al generador.
El ciclo de absorción no es un descubrimiento reciente. Sus antecedentes pueden situarse en 1755, cuando el escocés William Cullen consiguió obtener una pequeña cantidad de hielo en una campana donde mantenía una presión reducida. Poco después, en 1777, otro escocés, Gerald Nairne, introducía ácido sulfúrico en la campana de Cullen, de manera que el vapor de agua fuera absorbido por este, dejando espacio para permitir una mayor evaporación de agua. Algo más tarde, en 1810, John Leslie coloca dentro de la campana bajo vacío, un recipiente con el agua a evaporar y en el fondo otro recipiente con el ácido sulfúrico, logrando una producción de 3 kg de hielo por hora.
Pero es finalmente el francés Ferdinand Carré, quién construye y comercializa la primera máquina de absorción, destinada principalmente a la fabricación de hielo, utilizando amoniaco como refrigerante y agua como absorbente. Esta máquina fue patentada en 1859 y obtuvo el premio de la Exposición Universal de Londres de 1862. En 1875 el buque Paraguay, equipado con maquinas de Carré, transportó por primera vez carne congelada desde Buenos Aires hasta el puerto de Le Havre.
Hasta los años sesenta del pasado siglo XX, esta técnica se desarrolló especialmente en los Estados Unidos, pero posteriormente ha evolucionado particularmente en el Japón debido probablemente a la política energética seguida por éste país. Existen versiones de llama directa en las que el calor es aportado por un quemador de combustible y otras por agua caliente, donde se utiliza la energía contenida en agua caliente de origen solar o procedente de equipos de cogeneración u otras fuentes de calor gratuito o residual.
El desarrollo de esta tecnología se ha derivado en dos grandes grupos en función del refrigerante y del tipo de absorbente utilizado. Uno de ellos utiliza una solución de amoniaco y agua siendo el amoniaco el refrigerante y el agua el absorbente. A esta familia corresponden los equipos de la firma ROBUR distribuidos por ABSORSISTEM. El otro grupo emplea una solución de bromuro de litio (LiBr) con agua donde ésta actúa como refrigerante siendo las sales de LiBr el absorbente. Los equipos de las marcas YAZAKI y THERMAX, distribuidos también por ABSORSISTEM, pertenecen a ésta segunda familia.
Ciclo de absorción a llama directa con solución de H2O-NH3
Funcionamiento del ciclo de absorción con solución de amoniaco y agua, a llama directa de gas
El ciclo que se describe a continuación es el empleado por las unidades de la marca ROBUR distribuidas por ABSORSISTEM y que utilizan como energía combustibles gaseosos (gas natural o GLP).
El fluido utilizado en el ciclo de refrigeración, es una solución de agua y amoniaco (NH3), siendo el amoniaco el refrigerante y el agua el absorbente. Una importante ventaja es que los agentes utilizados en la solución son totalmente inocuos para el medio ambiente. El ciclo aprovecha la gran afinidad del amoniaco con el agua, utilizado aquel como agente frigorífico dado que es fácilmente absorbido por esta. El NH3 es el más tradicional de los refrigerantes inorgánicos conociéndose como tal con la denominación de R-717
Ciclo de absorción H2O-NH3 a llama directa de gas
Para explicar el funcionamiento del ciclo de refrigeración, seguiremos el curso de los fluidos y los cambios de estado en el gráfico de la figura 1. Empezando el análisis del ciclo en el generador, situado en el centro del gráfico, diremos que la solución de agua y amoniaco se calienta en su interior por la aportación del quemador de gas, a una presión entre 14 y 24 bar, hasta alcanzar una temperatura del orden de 180ºC a la que por ebullición se separa, por un lado vapor con un elevada concentración de amoniaco (denominada solución concentrada o fuerte) y por otra una solución líquida con baja concentración de amoniaco, llamada solución diluida o pobre.
El vapor pasa a través del rectificador donde el contenido de agua es separado por condensación al contacto del serpentín por cuyo interior circula solución a una temperatura inferior al punto de rocío del vapor de agua en estas condiciones. El vapor de amoniaco depurado del agua, sale del rectificador a una temperatura aproximada de 75ºC y a una presión de unos 19 bar, entrando en el condensador. Éste lo forma una batería de tubos aleteados por cuyo interior circula el amoniaco y por su cara externa el aire de la atmósfera exterior impulsado por un ventilador. El flujo de aire enfría el amoniaco hasta condensarlo y llevarlo al estado líquido, reduciendo su temperatura a unos 43ºC.
A continuación, la presión del amoniaco líquido es reducida a unos 12 bar por un primer restrictor y luego enfriado en un intercambiador de calor del tipo tubo en tubo, para seguidamente reducir todavía más la presión a 4 bar a la cual entra en el evaporador donde, debido a la diferencia de presión, se evapora a 2ºC obteniendo el calor latente de vaporización del agua a refrigerar que circula en sentido inverso por el cuerpo del evaporador. Ésta agua que es la que circula por la instalación del usuario, sale refrigerada a una temperatura nominal de 7ºC entrando a una temperatura de 12ºC.
A la salida del evaporador, el vapor de amoniaco circula por el secundario del intercambiador de calor tubo en tubo al que nos hemos referido anteriormente, adquiriendo calor del amoniaco líquido que circula en sentido contrario por el circuito primario, elevando su temperatura a 32ºC. En estas condiciones entra en el preabsorbedor al que llega también la solución acuosa (la que denominamos diluida o pobre) procedente del generador después de atravesar un restrictor de manera a reducir su presión a 4 bar, igual a la del vapor de amoniaco. En éste dispositivo, en el cual se halla también un serpentín por el que circula solución rica a una temperatura de unos 105ºC como veremos más adelante, el vapor de amoniaco es absorbido por el agua debido a su afinidad y calentado a unos 85ºC para dirigirse seguidamente al absorbedor. Este último está formado, al igual que el condensador, por una batería de tubos aleteados por cuyo interior circula la solución rica y por el exterior el aire ambiente forzado por el ventilador. A lo largo del recorrido por el interior del absorbedor, el amoniaco es íntegramente absorbido por el agua y seguidamente aspirado por la bomba de solución a una temperatura de 44ºC. A esta temperatura, es impulsado por la bomba de solución hacia el serpentín del rectificador donde, como hemos visto, provoca la condensación del agua y al mismo tiempo obtiene calor de ella y del vapor de amoniaco caliente que procede del generador aumentando su temperatura hasta 105ºC. El próximo paso es circular por el interior del serpentín del preabsorbedor al que nos hemos referido anteriormente, para volver finalmente al generador donde el ciclo empieza de nuevo.
Bomba de calor por ciclo de absorción a llama directa con solución de H2O-NH3
Funcionamiento del ciclo de absorción reversible en bombas de calor con solución de amoniaco y agua, a llama directa de gas
El ciclo que se describe a continuación es el empleado por las unidades de la serie GAHP de la marca ROBUR distribuidas por ABSORSISTEM y que utilizan como energía combustibles gaseosos (gas natural o GLP). El ciclo que se describe en este apartado es el que corresponde al modelo GAHP AR que ofrece la peculiaridad de ser el único reversible con tecnología de absorción y que por lo tanto permite suministrar agua refrigerada para climatización en verano o agua caliente con una elevadísima eficiencia térmica para calefacción. En este apartado solo se explica el ciclo termodinámico reversible, por lo que se recomienda navegar por los apartados específicos de ROBUR en este mismo portal para acceder a las especificaciones del producto.
El fluido utilizado en este ciclo de refrigeración, es una solución de agua y amoniaco (NH3), siendo el amoniaco el refrigerante y el agua el absorbente. Una importante ventaja es que los agentes utilizados en la solución son totalmente inocuos para el medio ambiente. El ciclo aprovecha la gran afinidad del amoniaco con el agua, utilizado aquel como agente frigorífico dado que es fácilmente absorbido por esta. El NH3 es el más tradicional de los refrigerantes inorgánicos conociéndose como tal con la denominación de R-717.
Para explicar el funcionamiento del ciclo de refrigeración, seguiremos el curso de los fluidos y sus cambios de estado en el gráfico de la figura 1. Empezando el proceso en el generador, situado en el lado izquierdo del gráfico, vemos que éste es un recipiente de acero en cuyo interior se encuentra la solución de agua y amoniaco la cual recibe el calor aportado por el quemador de gas alcanzando una presión entre 14 y 24 bar y una temperatura del orden de 180ºC. En estas condiciones, la solución hierve separándose vapor con un elevada concentración de amoniaco (denominada solución concentrada o fuerte) mientras el resto de la solución permanece en estado líquido pero con baja concentración de amoniaco puesto que la mayor parte de este se ha evaporado. Esta es la llamada solución diluida o pobre.
Bomba de calor por ciclo de absorción H2O-NH3 en modo refrigeración
El vapor pasa a través del rectificador donde el contenido de agua es separado del amoniaco por condensación al contacto del serpentín por cuyo interior circula solución a una temperatura inferior al punto de rocío del vapor de agua en estas condiciones. El vapor de amoniaco depurado del agua, sale del rectificador a una temperatura aproximada de 75ºC y a una presión de unos 19 bar, dirigiéndose ahora hacia la válvula de 14 vías de inversión de ciclo, que dirigirá el fluido hacia donde corresponda según esté en modo de refrigeración o de calefacción.
Desde este punto seguiremos en primer lugar el recorrido del amoniaco y la solución en modo refrigeración
En modo de refrigeración, el vapor de amoniaco entra en la válvula inversora por la boca 1 (ver figura 2) y es conducido hacia la boca 2 que lo envía al condensador consistente en una batería de tubo aleteado por cuya superficie circula aire del ambiente exterior forzado por un ventilador situado en la parte superior del espacio delimitado por la batería, lo que provoca el enfriamiento y condensación del amoniaco. A la salida del condensador, el amoniaco líquido accede a la válvula inversora a través de la boca 3 siendo conducido a la boca de salida 4. Desde este punto, atraviesa por el espacio exterior de un intercambiador de calor del tipo tubo en tubo, cediendo calor al flujo de vapor de amoniaco que circula en contracorriente por el tubo interno del intercambiador, procedente del evaporador como veremos más adelante. Una vez efectuado este intercambio térmico, accede de nuevo a la válvula inversora por la boca 5 para salir simultáneamente por las bocas 6 y 7 para entrar en los circuitos del evaporador a través de unos restrictotes que reducen su presión a 4 bar lo que provoca su evaporación a una temperatura de 4°C obteniendo el calor latente de evaporación del líquido que circula por el lado secundario del evaporador y que se distribuirá por la instalación del usuario. Este líquido, generalmente agua, sale a una temperatura nominal de 7°C entrando a 12°C. A la salida del evaporador, el amoniaco de nuevo en fase gaseosa, entra en la válvula inversora por las bocas 8 y 9 para ser conducido a la salida por la boca 10 atravesando a continuación el lado interno del intercambiador tubo en tubo al que nos referíamos anteriormente, obteniendo el calor cedido por el amoniaco líquido y elevando su temperatura a unos 32°C.
En estas condiciones el vapor de amoniaco entra en el preabsorbedor al que llega también la solución acuosa (la que denominamos diluida o pobre) procedente directamente del generador después de atravesar un restrictor de manera a reducir su presión a 4 bar, igual a la del vapor de amoniaco. En éste dispositivo, en el cual se halla también un serpentín por el que circula solución rica a una temperatura de unos 105ºC como veremos más adelante, el vapor de amoniaco empieza a ser absorbido por el agua debido a su afinidad y calentado a unos 85ºC para dirigirse seguidamente hacia la boca 11 de la válvula de inversión, saliendo de ésta por la boca 12 hacia el absorbedor propiamente dicho. Este último está formado, al igual que el condensador, por una batería de tubos aleteados por cuyo interior circula la solución rica y por el exterior el aire ambiente forzado por el ventilador. A lo largo del recorrido por el interior del absorbedor, el amoniaco es íntegramente absorbido por el agua y el excedente de calor a sustraer para permitir el proceso de absorción, es disipado en el aire exterior. Restablecido el estado líquido de la solución rica, esta pasa a través de las bocas 13 y 14 de la válvula de inversión, para ser aspirada por la bomba de solución a una temperatura de 44ºC. A esta temperatura, es impulsado por la bomba de solución hacia el serpentín del rectificador donde, como hemos visto, provoca la condensación del agua y al mismo tiempo obtiene calor de ella y del vapor de amoniaco caliente que procede del generador aumentando su temperatura hasta 105ºC. El próximo paso es circular por el interior del serpentín del preabsorbedor al que nos hemos referido anteriormente, para volver finalmente al generador donde el ciclo empieza de nuevo.
En modo de calefacción (ver figura 3), el vapor de amoniaco procedente del generador y el rectificador, entra en la válvula inversora por la boca 1 (ver figura 4) y es conducido hacia la boca 2 que lo envía hacia el intercambiador de calor que antes actuaba como evaporador pero que ahora trabaja como condensador. El agua de la instalación que circula por el lado secundario de dicho intercambiador de calor, enfría el vapor de amoniaco lo que provoca su condensación y el calor adquirido en este intercambio térmico eleva la temperatura del agua para que pueda ser utilizada en el circuito de calefacción del usuario. A continuación, el amoniaco líquido traspasa la válvula de inversión entrando en ella por la boca 3 para salir por la 4 para dirigirse al intercambiador de calor del tipo tubo en tubo, donde cede calor al flujo de vapor de amoniaco frío que circula en contracorriente por el tubo interior del intercambiador. Acto seguido, el líquido enfriado entra de nuevo en la válvula de inversión por la boca 5 dividiéndose el flujo hacia las bocas 6 y 7 que lo conducen a las dos baterías exteriores de tubo aleteado que antes servían de condensador y absorbedor respectivamente y que ahora trabajaran ambas como evaporador ya que es donde se evaporará el amoniaco al ser reducida su presión al entrar en ellas. El calor necesario para pasar del estado líquido al de vapor, lo obtendrá del aire de la atmósfera exterior que barre las baterías por la acción del ventilador. Este calor gratuito se incorpora al ciclo y es lo que permite elevar drásticamente la eficiencia del equipo. El vapor de amoniaco a la salida de las baterías evaporadoras, se reunirá de nuevo al acceder a la válvula inversora por las bocas 8 y 9 para salir de ella por la 10. Este vapor frío procedente del evaporador pasará a continuación por el tubo interior del intercambiador de calor tubo en tubo, enfriando el líquido que circula por el exterior de aquel como hemos visto anteriormente y por lo tanto incorporando su calor al vapor cuya temperatura se eleva hasta aproximadamente 32°C.
Bomba de calor por ciclo de absorción H2O-NH3 en modo calefacción
En estas condiciones el vapor de amoniaco, al igual que en el modo de refrigeración, entra en el preabsorbedor al cual llega también la solución acuosa (la que denominamos diluida o pobre) procedente directamente del generador después de atravesar un restrictor de manera a reducir su presión a 4 bar, igual a la del vapor de amoniaco. En éste dispositivo, en el cual hay el serpentín por el que circula solución rica a una temperatura de unos 105ºC, el vapor de amoniaco empieza a ser absorbido por el agua debido a su afinidad y calentado a unos 85ºC para dirigirse seguidamente hacia la boca 11 de la válvula de inversión, saliendo de ésta por la boca 12 hacia el segundo circuito primario del intercambiador de calor donde parte del calor contenido en la solución líquida procedente del preabsorbedor y también el generado al completarse el ciclo de absorción del amoniaco por parte del agua, es transmitido al agua del circuito de utilización para calefacción. Así pues, el agua de la instalación de calefacción recibe en este recipiente, que en verano sirve de evaporador, primero el calor obtenido de la combustión del gas transportado hasta él como vapor y cedido por condensación del mismo y ahora en este segundo circuito, el calor gratuito del aire exterior adquirido en las baterías evaporadoras y transmitido aquí por la solución rica en fase de absorción. Esto permite alcanzar una eficiencia energética muy elevada que alcanza, en condiciones nominales de temperatura exterior de 7°C, el 143% respecto a la energía del gas consumido.
A la salida de este circuito absorbedor, con el amoniaco ya totalmente absorbido por el agua, la solución rica traspasa de nuevo la válvula inversora por las bocas 13 y 14 para dirigirse, al igual que en el modo de refrigeración, hacia la bomba de solución que la enviará al rectificador para provocar la condensación del vapor de amoniaco, para pasar luego por el serpentín interno del preabsorbedor y desde él volver a iniciar el ciclo en el generador.
Por otra parte, cuando en funcionamiento invernal se forma hielo en la batería evaporadora exterior, una válvula de oportunamente situada en el circuito permite aportar vapor de amoniaco caliente a la línea de líquido para asegurar el desescarche sin apoyos externos ni inversiones de ciclo como sucede con el ciclo de compresión, lo que permite el funcionamiento continuo de la unidad con temperaturas exteriores de hasta -20°C.
Ciclo de absorción de simple efecto con solución de LiBr-H2O
Funcionamiento del ciclo de absorción de simple efecto con bromuro de litio y agua, alimentado por agua caliente
El ciclo que se describe a continuación es el empleado por las unidades de la marca YAZAKI que utilizan como fuente de energía el calor contenido en un circuito de agua caliente procedente de un campo de paneles de captación solar térmica, del calor residual de una planta de cogeneración por motor térmico o turbina, o de cualquier otro sistema de recuperación de calor gratuito o residual. Si bien utilizamos el diseño esta marca representada por ABSORSISTEM, la tecnología es la misma en todos los equipos por ciclo de absorción de simple efecto.
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 (NaCl) que 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 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 simple efecto
Para explicar el funcionamiento seguiremos el esquema simplificado de la Figura 1. Empezamos en el generador que está situado en la parte superior izquierda del gráfico, donde la solución acuosa (denominada solución diluida) contiene un 52% de LiBr. Por el circuito primario del generador circula el agua caliente que aporta la energía necesaria para hacer funcionar el sistema. Esta agua caliente entra nominalmente a una temperatura de 88ºC en el circuito primario del generador saliendo de él a 83ºC. Mientras, en el circuito secundario del generador, o sea en el circuito de refrigeración, la presión absoluta es de 13 kPa. Como efecto del calor aportado por el circuito primario de agua caliente, el agua de la solución diluida entra en ebullición y el vapor formado se encamina hacia el recipiente contiguo que es el condensador. Debido a esta separación de vapor, la solución restante, denominada solución concentrada, se concentra hasta un 56% de LiBr dirigiéndose en estas condiciones hacia el intercambiador de calor situado en la parte inferior del esquema. Mientras, en el condensador, el vapor de agua es enfriado hasta 36ºC gracias al circuito de agua procedente, por ejemplo, de una torre de enfriamiento y que entra a la máquina a una temperatura de 31ºC, condensando el vapor de agua y convirtiéndolo en líquido. Este líquido refrigerante, es introducido por diferencia de presión en el evaporador donde se mantiene una presión absoluta de 0,9 kPa, por lo que se evapora a 3ºC adquiriendo el calor necesario para ello del circuito de agua a refrigerar, rebajando su temperatura a 7ºC suponiendo que ha entrado de la instalación a 12ºC. Al mismo tiempo, la solución concentrada al 56% de LiBr procedente del generador fluye en el absorbedor que comparte espacio y presión con el evaporador, siendo el vapor de agua contenido en este absorbido por el LiBr debido a su afinidad con el agua, diluyendo la concentración de LiBr de nuevo al 52%. Ello permite eliminar el vapor a medida que se produce y continuar manteniendo la presión de 0,9 kPa en el espacio compartido por el evaporador y el absorbedor. El fenómeno de la absorción produce calor que a su vez es eliminado por el mismo circuito de enfriamiento antes de dirigirse al condensador.
Finalmente, la solución diluida al 52% de LiBr por la absorción del vapor, es aspirada por la bomba de solución (SP) para enviarla de nuevo al generador donde se reinicia el proceso, pasando previamente por un intercambiador de calor que permite aumentar el rendimiento del ciclo.
Diseño enfriadoras Yazaki serie WFC SC
En el esquema de la figura 2 se completa el circuito de acuerdo con el diseño específico utilizado porYAZAKI en las unidades de la serie WFC SC. En la tabla siguiente se definen los distintos componentes según los números de referencia que aparecen en el esquema.
Balance térmico en la unidad YAZAKI modelo WFC SC10
Esta figura es un ejemplo que permite ver los flujos térmicos en el interior del circuito. Obsérvese que el calor a disipar es la suma del aportado por la fuente de calor más el extraído del agua del circuito que se refrigera (50,2 + 35,2 = 85,4 kW).
Ciclo de absorción de doble efecto con solución de LiBr-H2O
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 utilizado por las enfriadoras de absorción que utilizan como energía un combustible gaseoso, ya sea 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.
Aplicaciones
Refrigeración utilizando biomasa
Sistemas de trigeneración con enfriadoras de absorción
Calefacción y agua caliente sanitaria con aprovechamiento geotérmico utilizando combustibles gaseosos
Producción de agua caliente sanitaria de alta eficiencia con aprovechamiento aerotérmico utilizando combustibles gaseosos
Refrigeración mediante energías alternativas o residuales
Proyectos
Urbanización Mas Sallent
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