La refrigeración por compresión utiliza un compresor mecánico accionado por energía eléctrica. Sin embargo, existe está tecnología, capaz de realizar el ciclo de refrigeración sin utilizar un compresor mecánico: la Refrigeración por Absorción. En este sistema, la función de compresión se obtiene mediante un circuito termoquímico en el que una fuente de calor impulsa el proceso de circulación y separación del refrigerante y del absorbente.
Repase las bases de los sistemas convencionales de refrigeración antes de adentrarse en esta tecnología, en los siguientes artículos técnicos sobre el ciclo básico de refrigeración por compresión, el ciclo básico de refrigeración por expansión de gas y el ciclo básico de refrigeración por adsorción
Sección 1: ¿Qué es y cómo funciona el Ciclo Térmico?
El ciclo por absorción es un sistema físico-químico que produce refrigeración aprovechando las propiedades de determinadas parejas de fluidos, en las que un refrigerante puede ser absorbido por un absorbente en fase líquida y posteriormente separado mediante la aplicación de calor. Su gran valor de ingeniería radica en que puede utilizar energía térmica residual —como vapor de calderas, agua caliente industrial, energía solar térmica o gases de escape— para accionar el ciclo, reduciendo considerablemente la demanda de energía eléctrica asociada a la compresión mecánica.
El Principio de Funcionamiento
El ciclo de absorción utiliza un conjunto de procesos termodinámicos en los que el refrigerante se combina y posteriormente se separa de un líquido absorbente. Mientras que en un sistema convencional la presión del refrigerante se eleva mediante un compresor que consume energía mecánica, en el sistema de absorción el vapor procedente del evaporador es absorbido por una solución líquida en el absorbedor. Esta solución se bombea hacia el generador con un consumo de energía mecánica relativamente bajo debido a que se encuentra en fase líquida. En el generador se aporta calor para separar el refrigerante del absorbente; el refrigerante vuelve a convertirse en vapor a la presión correspondiente y continúa hacia el condensador. De esta manera, el sistema sustituye el compresor mecánico de vapor por un proceso que combina absorción, bombeo de solución y separación mediante aporte de calor.
📊 DIAGRAMA 1: Secuencia de Recorrido Molecular del Refrigerante HRAA (Pase el cursor o toque los componentes)
Las Parejas de Fluidos de Trabajo
En estos sistemas no se utilizan refrigerantes convencionales como el R-410A o el R-134a. La refrigeración por absorción utiliza un refrigerante y un absorbente que trabajan conjuntamente dentro del ciclo, seleccionados por su compatibilidad química y sus propiedades termodinámicas. Entre las parejas de trabajo más conocidas se encuentran amoníaco–agua y agua–bromuro de litio.
- Agua / Bromuro de Litio (H₂O – LiBr): El agua actúa como refrigerante y el Bromuro de Litio, una sal con gran afinidad por el agua, actúa como absorbente. Debido a que el agua se utiliza como refrigerante, esta configuración se emplea principalmente en aplicaciones de climatización y producción de agua fría, donde las temperaturas de evaporación se mantienen por encima del punto de congelación del agua.
- Amoníaco / Agua (NH₃ – H₂O): El amoníaco actúa como refrigerante y el agua como absorbente. Esta combinación permite trabajar a temperaturas de evaporación considerablemente inferiores a las que serían posibles utilizando agua como refrigerante, por lo que puede emplearse en aplicaciones de refrigeración comercial, industrial y procesos de baja temperatura.
Componentes, Recorrido del Refrigerante y Campo Técnico
Para comprender el comportamiento termodinámico del circuito, es útil seguir el recorrido del refrigerante y analizar los cambios de presión, temperatura y estado que experimenta el fluido a lo largo del ciclo.
1. El Evaporador
Aquí se produce el efecto útil de refrigeración. El refrigerante líquido a baja presión entra al evaporador y, al encontrarse a una presión que corresponde a una temperatura de saturación inferior a la del medio que se desea enfriar, absorbe calor del agua secundaria o del fluido del proceso. El refrigerante hierve dentro del evaporador, absorbiendo calor latente y transformándose en vapor a baja presión antes de continuar hacia el absorbedor.
2. El Absorbedor
El vapor de agua proveniente del evaporador ingresa al absorbedor a baja presión. En este recipiente, una solución de Bromuro de Litio (LiBr) absorbe el vapor de agua debido a la elevada afinidad del LiBr por el agua. El proceso de absorción libera calor, por lo que es necesario extraerlo mediante un circuito de enfriamiento. A medida que continúa el proceso, la solución incorpora el agua absorbida, se diluye y posteriormente es enviada hacia el generador para continuar el ciclo.
3. La Bomba de Solución e Intercambiador Térmico
Una de las ventajas fundamentales del ciclo de absorción es que la solución se encuentra en fase líquida, por lo que puede ser bombeada hacia la zona de mayor presión con un consumo de trabajo mecánico relativamente bajo frente al que requeriría comprimir directamente un gran caudal de vapor. La bomba impulsa la solución desde el absorbedor hacia el generador y, en muchos diseños, esta puede pasar por un intercambiador de calor. Allí se recupera parte del calor entre la solución que sale del generador y la solución que retorna hacia el absorbedor, mejorando el aprovechamiento energético interno del ciclo.
El Dispositivo de Expansión
En los sistemas de refrigeración por absorción, especialmente en los que utilizan la pareja Agua / Bromuro de Litio, el dispositivo encargado de controlar el paso del refrigerante no necesariamente corresponde a una Válvula de Expansión Termostática (VET) con bulbo sensor ni a un tubo capilar convencional. Debido a que el refrigerante es agua y el ciclo opera bajo vacío, con presiones absolutas muy inferiores a la atmosférica, los fabricantes pueden utilizar diferentes configuraciones para controlar el paso del refrigerante y mantener las condiciones necesarias de evaporación. La solución adoptada depende del diseño específico del equipo.
- 1. Restricciones de paso calibradas: Algunos diseños utilizan pasos u orificios dimensionados para controlar el flujo del refrigerante entre zonas que trabajan a diferentes condiciones de presión. La geometría de la restricción y las condiciones de operación determinan el caudal que puede atravesarla.
- 2. Sellos hidráulicos y disposiciones de tubería: Dependiendo del diseño del equipo, determinadas configuraciones de tubería y columnas de líquido pueden contribuir al control del paso del refrigerante y a la separación entre zonas del ciclo que operan bajo diferentes condiciones de presión.
- 3. Válvulas y dispositivos de control: Algunos equipos incorporan válvulas de control u otros mecanismos destinados a regular el flujo del refrigerante o de la solución. Su funcionamiento depende de la arquitectura específica del sistema y de las variables que el fabricante haya previsto controlar.
Desventajas del Sistema
- Alta inversión inicial: Los sistemas de absorción pueden requerir una inversión inicial considerable debido a la complejidad de sus componentes, intercambiadores de calor, sistemas de control y equipos auxiliares.
- Tamaño y peso: Dependiendo de la tecnología y capacidad, determinados equipos de absorción pueden presentar mayores dimensiones y peso que otros sistemas de refrigeración de capacidad térmica comparable.
- Necesidad de disipación de calor: Los sistemas de absorción deben rechazar el calor generado durante el proceso de absorción y condensación. Cuando utilizan torres de enfriamiento, esto implica un sistema adicional de circulación y disipación de calor cuyo tamaño depende de la capacidad y del diseño de la instalación.
- Riesgo de cristalización: En los sistemas que utilizan bromuro de litio, determinadas condiciones de operación pueden llevar la solución a una zona de cristalización. Si esto ocurre, pueden formarse depósitos sólidos que dificulten la circulación de la solución y afecten el funcionamiento del equipo.
5. Aplicaciones Reales en el Mercado Actual
La refrigeración por absorción no compite habitualmente con un minisplit residencial en términos de aplicación. Su utilización resulta especialmente interesante en proyectos de mayor escala donde existe una fuente térmica disponible que puede aprovecharse para producir refrigeración.
- Plantas de Trigeneración: En determinadas instalaciones industriales o urbanas, el calor disponible después de la generación eléctrica puede aprovecharse para accionar sistemas de absorción y producir agua refrigerada para climatización. El aprovechamiento combinado de electricidad, calor y refrigeración puede mejorar el uso global de la energía disponible.
- Industrias Químicas y Refinerías: Procesos industriales que disponen de vapor o calor residual pueden aprovechar estas fuentes térmicas para accionar sistemas de refrigeración por absorción, reduciendo la necesidad de producir toda la refrigeración mediante sistemas accionados eléctricamente.
- Climatización Solar Térmica: En determinadas instalaciones, el calor obtenido mediante colectores solares térmicos puede utilizarse como fuente de energía para un chiller de absorción. Esta configuración permite aprovechar la energía térmica disponible durante los periodos de mayor radiación solar para producir agua refrigerada.