Refrigeración por Absorción por Amoniaco y Bromuro de Litio

El sistema de refrigeración por absorción es un medio de producir frió que , al igual que en el refrigeración por compresión, aprovecha que las sustancias absorben calor al cambiar de estado, de liquido a gaseoso. Así como en el sistema de compresor, en el caso de absorción, el ciclo se basa físicamente en la capacidad que tienen algunas sustancias, como el bromuro de litio, de absorber otra sustancia, tal como el agua en fase de vapor. Otra posibilidad es emplear el agua como absorbente (disolvente) y amoniaco sustancia absorbida (soluto).

Refrigeración por Absorción de Amoniaco

El amoniaco fue el primer refrigerante utilizado en plantas de refrigeración por medio de compresión mecánica en 1876. Desde entonces, se ha venido utilizando en grandes plantas de refrigeración como so lecherías, cervecerías y otros lugares con gran demanda de enfriamiento. Al día de hoy, el amoniaco permanece como el refrigerante mas utilizado en sistemas de refrigeración industrial para procesar y conservar la mayoría de los alimentos y bebidas. El amoniaco ha estado en el liderazgo de los avances de la tecnología en refrigeración.

Una maquina frigorífica por absorción tiene por cometido desplazar energía térmica en forma de calor mediante la absorción de calorías. La mas sencilla de ellas es la maquina de ciclo de efecto simple amoniaco-agua.

En el generador la solución amoniaco-agua es llevada a ebullición, gracias a una aportación calorífica asegurada por un quemador que funciona a gas natural. El fluido refrigerante (amoniaco) se vaporiza y se separa del agua bajo una presión próxima a 20 bares luego es enviado al condensador; en este el amoniaco se condensa por enfriamiento gracias al aire exterior, el amoniaco liquido se dirige al evaporador, donde se detiene. La presión del amoniaco en el seno de este evaporador esta próxima a los 4 bares. A causa de la variación de la presión, el amoniaco se vaporiza absorbiendo las calorías del circuito de utilización (temperatura en el evaporador esta próxima a + 3° C) cámara de congelación; estos vapores de amoniaco pasan luego por el aparato de absorción y son absorbidos por el agua proveniente de la separación amoniaco-agua que se produjo en el generador.

El costo del amoniaco por sí mismo es significativamente menor que el de otros refrigerantes y se requiere de una menor cantidad para la misma aplicación que otros refrigerantes y al ser una sustancia natural, no tiene una fecha limite en que pueda producir o usar, a diferencia de otro refrigerantes sintéticos cuyo uso y utilización están limitada a una cierta cantidad de años.

Ciclo de doble efecto agua/bromuro de litio

Es un par de absorción que ha sido ampliamente utilizado desde 1950. El agua es el líquido con el mayor calor latente de evaporación y condensación que existe en la naturaleza. Esta característica es especialmente relevante en instalaciones de climatización de gran tamaño, ya que el caudal de refrigerante que circula por el sistema es menor que cuando se utiliza cualquier otro refrigerante. Tiene el inconveniente de que la temperatura de evaporación debe ser superior a 0º C, lo cual le impide trabajar en refrigeración. Por esta razón las máquinas de absorción de H2O/BrLi trabajan con temperaturas de evaporación superiores a 0º C, entre 4 y 10º C. Estas máquinas se suelen utilizar para enfriar agua destinada a sistemas de aire acondicionado en grandes edificios dando valores del COP entre 0,7 y 1,33. Las potencias comerciales varían entre 4,5 kW y 5000 kW. La presión de vapor absoluta a estas temperaturas está comprendida entre 400 y 900 Pa, el volumen específico en el evaporador es muy grande, del orden del 200 m3/kg. Por el contrario el condensador trabaja con presiones absolutas entre 4.000 y 10.000 Pa, lo cual implica que el volumen específico del refrigerante es unas cinco veces inferior al del evaporador. 

El absorbente en la disolución es el bromuro de litio, una sal de color blanco con gran afinidad por el agua. El punto de fusión del BrLi se encuentra en 535º C y el punto de ebullición del orden de 2200º C, siendo su presión de vapor extremadamente baja. Es miscible con el agua hasta concentraciones elevadas (75%) y se diluye con gran facilidad. 

En los ciclos H2O/BrLi el refrigerante que se utiliza R-718 (agua destilada), y el absorbente es una solución de Bromuro de Litio. 

Ventajas: 

 La utilización de agua como refrigerante es favorable debido a su elevado calor latente de 

vaporización, superior al de cualquier otro fluido frigorígeno. 

 Las sustancias no son tóxicas ni inflamables. 

 No se hace necesaria una rectificación de los vapores a la salida del generador, ya que durante la 

separación se genera una corriente prácticamente pura de vapor de agua. 

 Fuerte desviación negativa de la solución respecto al comportamiento según la ley de Raoult. 

 Tiene un coeficiente de operación mayor que la mezcla amoniaco-agua.

Inconvenientes: 

 Su utilización se restringe al campo de las temperaturas positivas. 

 Altos volúmenes específicos del vapor de agua a bajas temperaturas, lo que no constituye un gran  inconveniente en sistemas tritérmicos y si en los sistemas ditérmicos de compresión. 

 Con agua como refrigerante, excepto en alta temperatura se corresponden presiones inferiores a la atmosférica, lo que conduce a la necesidad de estanqueidad en los elementos de la instalación para asegurar un correcto funcionamiento. 

 Existe el peligro de cristalización de la solución para ciertas condiciones de concentración y temperatura, formándose una especie de lodo, que hace imposible el bombeo y por consecuencia el mal funcionamiento del equipo. 

 Estas disoluciones son muy corrosivas en presencia de oxígeno. Esta corrosión se atenúa durante las condiciones normales de funcionamientos del ciclo: 600-900 Pa en el evaporador, y 4-10 kPa en el condensador. Por ello es necesario añadir a la disolución algún inhibidor de corrosión.

Comparación de Amoniaco–Agua Y Agua-Bromuro de Litio

Ventajas del par H2O/BrLi frente al NH3/H2O: 

 EL NH3 por su carácter tóxico necesita utilizar sistemas indirectos. 

 El ciclo de H2O/BrLi tiene un coeficiente de operación mayor que el de NH3/H2O. 

 No necesita torre de destilación (el BrLi no se evapora en las condiciones de trabajo por su elevado punto de fusión y ebullición). 

 Además no existen máquinas de NH3/H2O de doble efecto ya que las presiones que se originarían en el generador serían excesivamente elevadas. 

 Se pueden disponer de datos de presión, temperatura y concentración. 

 En la solución agua-bromuro de litio, el absorbente no es volátil, de tal manera que no se tiene mezcla del absorbente en el refrigerante al salir del generador, y no es necesario un rectificador. 

Ventajas del par NH3/H2O frente al H2O/BrLi: 

 El agua que no es necesaria (con la torre de enfriamiento es la tecnología más común con el inconveniente del riesgo de legionella). 

 Pueden utilizarse para aplicaciones por debajo de los 0 C. 

 El tamaño físico superior, debido a los grandes volúmenes de vapor de agua del refrigerante. 

 El otro problema de la mezcla bromuro de litio agua, es que la mezcla no es totalmente soluble en todas proporciones como sucede con la mezcla amoniaco-agua, sino que arriba de valores cercanos a los 70% en peso la mezcla cristaliza a la temperatura ambiente, lo cual hace que en los sistemas comerciales se tengan que tomar precauciones para evitar este problema. 

 Deben agregarse inhibidores contra la corrosión ya que el bromuro de litio corroe el acero inoxidable.