El ciclo de refrigeración por absorción

Esquema simplificado de una planta de refrigeración de absorción de amoníaco de una etapa con los componentes principales.


  1. Evaporador.
  2. Absorbedor.
  3. Desorbedor.
  4. Condensador.
  5. Columna de rectificación.
  6. Intercambiador del calor de solución.
  7. Subenfriador.
  8. Bomba de alta presión.
  9. Válvula de expansión de solución.
  10. Válvula de expansión de amoniaco.

Ciclo de refrigeración de absorción por amoníaco de una etapa


Una planta de refrigeración por absorción consiste en dos circuitos, el circuito de amoniaco descrito con las líneas rojas en el esquema anexo y el circuito de la solución agua-amoniaco, indicado con las líneas azules. El amoniaco cambia del estado líquido a gaseoso en el evaporador (1) produciendo la capacidad de refrigeración a baja temperatura (p.ej. -60 °C). La tendencia natural del agua para absorber el amoníaco permite recoger el vapor de amoníaco por la solución débil en el absorbedor (2). Esta absorción de vapor de amoniaco en el agua es exotérmica. El calor generado tiene que ser disipado para garantizar una capacidad de absorción continua y alta de la solución. La solución enriquecida que proviene del absorbedor se bombea (8) al desorbente (3). En el desorbedor, la solución hierve y, debido a su mayor volatilidad, se evapora principalmente el amoníaco. Para mantener una alta eficiencia, el amoníaco debe ser lo más puro posible, por lo tanto, se destila en la columna de rectificación (5). Este vapor de amoniaco casi puro se licúa en el condensador (4) y está listo para evaporarse nuevamente (1). Por consideraciones de eficiencia, se agregan dos intercambiadores de calor al sistema. El intercambiador de calor de solución (6) se utiliza para recuperar el calor de la solución débil y precalentar la solución fuerte. En el subenfriador (7), el vapor de amoníaco frío que sale del evaporador (1) se usa para enfriar previamente el amoníaco líquido antes de que ingrese al evaporador.

Absorbedor y Desorbedor


ABSORBEDOR 

En el absorbedor la solución pobre de amoniaco absorbe el vapor de amoniaco que le llega desde el evaporador. La reacción de absorción es exotérmica por lo que el calor generado tiene que ser disipado para mantener el rendimiento del absorbedor. Generalmente, este calor se disipa mediante un intercambiador de calor a una torre de refrigeración que a su vez lo disipa al ambiente. En algunas configuraciones, la solución podría fluir directamente a una torre de refrigeración. La solución concentrada se bombea al desorbedor.

DESORBEDOR

El Desorbedor, también denominado generador, tiene la función opuesta al absorbedor. Mediante aporte de calor la solución rica en amoniaco, proveniente del absorbedor hierve, liberando el vapor de amoniaco.  De esta forma el vapor de amoniaco de baja presión es transportado al condensador a alta presión. La fuente de calor puede ser agua caliente, vapor u otro fluido con suficiente temperatura. La cantidad de calor necesaria y su temperatura dependen principalmente de la temperatura de refrigeración deseada.

Condensador & Evaporador


Estos componentes no difieren mucho de sus equivalentes en un sistema convencional de refrigeración por compresión.

CONDENSADOR

En el condensador, el vapor de amoníaco a alta presión se licúa disipando calor. Puede ser refrigerado por agua, por aire o de forma evaporativa. El líquido vuelve al evaporador a baja temperatura.

EVAPORADOR

El evaporador es el intercambiador de calor donde se produce la refrigeración, enfriando los procesos o productos deseados. Puede ser un solo evaporador o varios evaporadores en paralelo distribuidos a través de la fábrica.

Evaporación en doble etapa


Es común tener más de una demanda de frío, a menudo se necesitan diferentes niveles de temperatura y varias capacidades de refrigeración.

Por ejemplo, una división de la planta de absorción en dos etapas de absorción / evaporación permite generar dos niveles de temperatura separados y dos capacidades de refrigeración. La solución que sale del absorbedor de baja temperatura (2a) tiene una concentración intermedia y es capaz de absorber más vapor de amoníaco en el absorbedor de alta temperatura (2b). De esta manera se mejora la eficiencia general.

Integración de plantas de absorción


Existen diferentes formas de transferir la capacidad de refrigeración de la planta de absorción al proceso o equipo a enfriar.

  1. Evaporación directa: El amoniaco de la planta de absorción que sale del subenfriador se recoge en un recipiente y se bombea a los diferentes evaporadores (por ejemplo, enfriadores de aire).
  2. Refrigeración de un líquido refrigerante (p.ej. mezcla de agua y glicol): el evaporador de la planta de absorción es un intercambiador de calor en el que se enfría líquido refrigerante  que su usa para enfriar los productos.
  3. Enfriamiento de amoníaco en cascada: el amoníaco de una planta de refrigeración por compresión no se puede mezclar con el amoníaco de una planta de absorción. Ambos sistemas se pueden instalar en paralelo utilizando un intercambiador de calor evaporador-condensador, también llamado cascada. En este intercambiador de calor, en el lado de la planta de absorción, el amoníaco se evapora, mientras que en el lado de la planta por compresión, el amoníaco se condensa devolviendo el condensado a baja temperatura. La planta de absorción asume la función de un compresor con su condensador.

COP


En los procesos de refrigeración por absorción, el COP (coefficient of performance o coeficiente de rendimiento) se utiliza para definir la eficiencia del proceso. Es la relación entre la capacidad de refrigeración producida y el consumo de calor a alta temperatura.

El COP de una planta de refrigeración por absorción de amoníaco depende de las tres temperaturas que definen el proceso:

  1. La temperatura de la fuente de calor, oscila usualmente entre 75°C y 200 °C, y puede ser vapor, agua caliente o cualquier otro fluido con una temperatura lo suficientemente alta.
  2. La temperatura del disipador de calor, generalmente la temperatura del agua de refrigeración está en un rango de 10°C a 35°C.
  3. La temperatura de evaporación, ya que el proceso utiliza amoníaco como refrigerante, normalmente está entre 0°C y -60 ° C.