Cómo funcionan los enfriadores de absorción: una inmersión profunda en el enfriamiento basado en el calor

Cuando se trata de enfriar edificios grandes o procesos industriales, los enfriadores de absorción ofrecen un giro único en la refrigeración. A diferencia de los sistemas convencionales que dependen de compresores eléctricos, estos enfriadores usan calor, a menudo de fuentes de desechos o gas natural, para impulsar el proceso de enfriamiento. Esto los convierte en una opción destacada para las instalaciones conscientes de la energía. Ya sea que sea un ingeniero, un gerente de instalaciones o simplemente intrigado por la innovadora tecnología de HVAC, este artículo desempaquera cómo funcionan los enfriadores de absorción, sus componentes clave y por qué son un cambio de juego en escenarios específicos.

¿Qué es un enfriador de absorción?

Un enfriador de absorción es un sistema de refrigeración que aprovecha la energía térmica para producir agua fría, que luego se usa para enfriar el aire o los procesos. En lugar de comprimir mecánicamente un refrigerante con un compresor impulsado por el motor, emplea un proceso químico llamado absorción, utilizando un par de fluidos, típicamente agua y bromuro de litio (LIB), para transferir calor. Este enfoque basado en el calor lo distingue de los enfriadores de compresión de vapor, lo que lo hace ideal para sitios con abundantes fuentes de calor o la necesidad de reducir los costos de electricidad.

La magia radica en su capacidad para convertir el calor residual (piense en vapor de una planta de energía o agua caliente de una matriz solar, en un enfriamiento útil. Común en aplicaciones a gran escala como hospitales, universidades o plantas químicas, los enfriadores de absorción varían de 10 toneladas a más de 1,500 toneladas de capacidad de enfriamiento, ofreciendo un giro sostenible sobre el control climático.

¿Cómo funciona un enfriador de absorción?

El ciclo de absorción imita el ciclo de compresión de vapor pero intercambia la potencia mecánica de la energía térmica. Aquí hay una mirada paso a paso al proceso, utilizando un sistema de bromuro de litio de agua como ejemplo:

1. Evaporación: El ciclo comienza en el evaporador, donde el agua líquida (el refrigerante) se rocía sobre un paquete de tubo que transporta agua de retorno tibia (por ejemplo, 54 ° F o 12 ° C). Bajo un vacío profundo, alrededor de 0.12 psi (0.008 bar), el agua se evapora a baja temperatura (alrededor de 40 ° F o 4 ° C), absorbiendo el calor de los tubos. Esto enfría el agua dentro de, digamos, 44 ° F (7 ° C), que luego se bombea para enfriar un edificio.
2. Absorción: El vapor de agua producido por las derivaciones en el absorbedor, donde cumple con una solución concentrada de bromuro de litio. Libr, un poderoso absorbente, absorbe el vapor, convirtiéndolo nuevamente en un líquido y liberando calor en el proceso. Esta solución diluida se mantiene al vacío para mejorar la eficiencia de absorción.
3. Generación: La solución LIBR ahora diluida se bombea al generador, donde el calor, típicamente del vapor, el agua caliente (por encima de 190 ° F o 88 ° C) o un quemador de gas, se impide el agua absorbida. Esto concentra el libr nuevamente, mientras que el vapor de agua se eleva a la siguiente etapa. La fuente de calor es el motor aquí, que conduce el ciclo sin electricidad.
4. Condensación: El vapor de agua ingresa al condensador, donde libera su calor a un medio de enfriamiento (generalmente agua de una torre de enfriamiento a 85 ° F o 29 ° C). A medida que se enfría, se condensa en un líquido, listo para regresar al evaporador.
5. Repetición del ciclo: El agua líquida fluye de regreso al evaporador a través de una válvula del acelerador, bajando su presión, mientras que el libr concentrado regresa al absorbedor, manteniendo vivo el bucle.

Este baile de calor y química produce agua fría con piezas móviles mínimas, dependiendo de las bombas en lugar de los compresores para el movimiento de fluidos. Un enfriador de efecto único utiliza una etapa de calor, mientras que los modelos de doble efecto agregan un segundo generador para una mayor eficiencia, a menudo duplicando la salida de enfriamiento por unidad de entrada de calor.

Componentes clave de un enfriador de absorción

Cada parte está diseñada para precisión:

• Evaporador: Una cámara de vacío donde se evapora el agua, enfriando el agua circulante. A menudo, un diseño de carcasa y tubo para la máxima transferencia de calor.
• Amortiguador: Mezcla vapor con el absorbente (LIBR), típicamente un sistema de pulverización o un lecho empaquetado para aumentar el área de contacto.
• Generador: El corazón impulsado por el calor, que separa el refrigerante del absorbente. El vapor a 15 psi (1 bar) o agua caliente a 240 ° F (115 ° C) es común.
• Condensador: Enfría y condensa el vapor, generalmente combinado con una torre de enfriamiento para el rechazo de calor.
• Intercambiador de calor: Precaliente la solución diluida que se dirige al generador con una solución concentrada en caliente que regresa al absorbedor, reduciendo los desechos de energía.
• Bombas y válvulas: Mueva los fluidos y mantenga el vacío, menor pero crítico para el control de flujo.

Algunas unidades usan amoníaco como refrigerante con agua como absorbente, invirtiendo el emparejamiento para aplicaciones de baja temperatura como la congelación de -20 ° F (-29 ° C).

¿Por qué usar enfriadores de absorción?

Los enfriadores de absorción brillan en contextos específicos:

• Utilización de calor: Giran el calor de los residuos, por ejemplo, de una planta de cogeneración que produce 300 ° F (149 ° C) de escape, en enfriamiento, recortando la demanda eléctrica. Un hospital podría ahorrar 50% en los costos de enfriamiento de esta manera.
• Bajo consumo de electricidad: Con las bombas dibujando solo 5-10% de la energía de un compresor, son perfectas donde la electricidad es costosa o poco confiable.
• Operación tranquila: No hay compresor rugiente significa niveles de ruido rondan alrededor de 60 DBA: library-quemarias en comparación con 80+ DBA para unidades de compresión de vapor.
• Respetuoso del medio ambiente: Los sistemas de agua de agua tienen un potencial de agotamiento de ozono cero (ODP), y las opciones de amoníaco cuentan con un GWP de 0, alineándose con objetivos verdes.

Aplicaciones

• Enfriamiento del distrito: Un campus universitario puede usar un enfriador de absorción de 1,000 toneladas, alimentado por vapor desde una planta de energía cercana, hasta dormitorios y laboratorios.
• Procesos Industriales: Una reacción exotérmica de enfriamiento de la planta química a 50 ° F (10 ° C) podría aprovechar el calor de los reactores, aumentando la eficiencia.
• Almacenamiento de alimentos: Los enfriadores de agua amoníaco congelan a los peces a -40 ° F (-40 ° C) en almacenes costeros, aprovechando los quemadores de gas donde la electricidad es escasa.

Imagen una cervecería: los tanques de fermentación necesitan enfriamiento constante de 55 ° F (13 ° C). Un enfriador de absorción, alimentado por agua caliente de una caldera de biomasa, mantiene perfecta la cerveza mientras corta la dependencia de la red.

Beneficios en detalle

• Eficiencia energética: Los enfriadores de doble efecto alcanzaron un coeficiente de rendimiento (COP) de 1.2, produciendo 1.2 unidades de enfriamiento por unidad de calor, versus 0.7 para modelos de efectos individuales.
• Ahorro de costos: En áreas con calor barato (por ejemplo, $ 5/mmbtu de gas frente a electricidad de $ 0.15/kWh), los costos operativos caen 30-40%.
• Longevidad: Con menos piezas móviles, las unidades a menudo duran 25 años, superando los sistemas basados ​​en el compresor propensos a usar.

Palabras finales

Los enfriadores de absorción convierten el calor en frío con un giro inteligente, ofreciendo una opción sostenible de baja electricidad para el enfriamiento a gran escala. Desde recortar costos en plantas ricas en calor hasta campus en silencio, son una herramienta nicho pero poderosa. Ya sea que esté adaptando una instalación o explorando la tecnología verde, la comprensión de los enfriadores de absorción puede desbloquear soluciones más inteligentes. ¿Tienes curiosidad por aprovechar esta magia basada en el calor? ¡Alcanza a un especialista en HVAC para ver si se ajusta a tu rompecabezas de enfriamiento!