PLANTAS DE ABSORCION DE AMONIACO

PLANTAS DE ABSORCION DE AMONIACO
Refrigeración a partir de la Recuperación de Energía Térmica
Artículo preparado por los Ingenieros Norberto Miranda y Eduardo León para la publicación
Máquinas y Equipos - Marzo de 1989
Generalidades
En los últimos años el "Uso Racional de Energía" se ha constituido en un tema relevante de
todo proceso industrial, considerando la tremenda incidencia que adquieren los costos de
operación en el valor total del producto final.
En aquellos procesos que demanden energía térmica intensiva con requerimiento de
refrigeración en alguna etapa, se plantea hoy como objetivo alcanzar el mejor balance global
energético, máxima eficiencia, mínimos costos de operación y servicio y alta confiabilidad.
Es posible encontrar en diversos proyectos la aplicación de ciclos frigoríficos integrados a
distintos ciclos termoenergéticos (Cogeneración – Trigeneración - Sistema de Energía Total).
Importantes avances tecnológicos en el diseño y construcción de los sistemas de refrigeración
han dado lugar a nuevas alternativas respondiendo al objetivo enunciado más arriba.
En particular, las Plantas de Absorción ofrecen importantes ventajas técnicas y económicas en
aplicaciones industriales.
Ciclos de Absorción
Los ciclos de refrigeración por absorción con mezcla binaria son ciclos termoquímicos que, a
diferencia de los ciclos de compresión, no requieren energía mecánica a excepción de la
necesaria para la circulación de solución y cuya magnitud resulta despreciable comparada con
la de compresión.
La fuente principal de energía para la operación es térmica.
Esto permite una efectiva recuperación de energía en aquellos casos en que se dispone de
calor "perdido" o "no utilizado" de bajo costo.
Dos mezclas binarias han alcanzado un gran campo de aplicación en todo el mundo:
H2O-BrLi, con agua como refrigerante y bromuro de litio como absorbente. Utilizada con éxito
para enfriamiento de agua, pero limitadas a temperaturas de enfriamiento superiores a + 4 ºC y
restringida a bajas temperaturas de disipación de calor de condensación-absorción.
NH3-H2O, con amoníaco como refrigerante y agua como absorbente. Para aplicaciones con
temperaturas de enfriamiento de hasta –60 ºC.
Los sistemas de absorción de amoníaco-agua admiten altas temperaturas de disipación y
presentan ventajas técnicas respecto a los de H2O-BrLi, siendo aptos para un rango de
aplicación más amplio que abarca: procesos químicos, petroquímicos, refinerías, conservación
y congelamiento de productos alimenticios, etc.
También resultan de aplicación en acondicionamiento de aire en circunstancias particulares
tales como: alta temperatura de disipación de calor de condensación-absorción y confiabilidad
de operación bajo condiciones de servicio de funcionamiento continuo.
Ventajas del Sistema de Absorción de Amoníaco vs. Compresión Mecánica
La aplicación de este ciclo en innumerables procesos industriales ha confirmado las
expectativas teóricas preliminares, resultando una importantísima alternativa cuando se
dispone de calor de bajo costo y superando en confiabilidad y economía a los ciclos de
compresión.
Entre las distintivas ventajas se destacan:

Recuperación directa de calor "no utilizado" o "perdido" (vapor de agua saturado de
media o baja presión, reacciones exotérmicas, gases de escape de combustión, fluidos
de proceso, vapor de escape de turbinas, fluido térmico, condensado, agua
sobrecalentada, etc.).

Gran flexibilidad y confiabilidad operativa.

Excelente modulación de capacidad entre 100% y 10% y comportamiento a carga
parcial.

Requerimiento mínimo de energía mecánica (5 a 10 % de la de los ciclos de
compresión).

Ausencia de partes móviles y rotativas significativas.

Funcionamiento estable, silencioso y libre de vibraciones.

Ausencia de problemas originados por "golpe de líquido".

Ausencia de aceite en el circuito de refrigeración y sus inconvenientes derivados.

Amplio rango de relación de temperaturas de evaporación/condensación en simple
etapa sin las limitaciones inherentes de los compresores.

Instalación a la intemperie sin necesidad de sala de máquinas.

Operación y regulación simples sin requerimiento de personal altamente calificado.

Amplio rango de capacidades 20 a 2.000 tons. con temperaturas de enfriamiento de –
60 ºC a + 10 ºC.

Instrumentación y control de baja complejidad.

Refrigerante amoníaco, de bajo costo y fácil obtención.

Inversión inicial mínima con reserva operativa 100 %. Sólo requiere una bomba de
solución adicional en paralelo.

Inversión global mínima considerando los sistemas auxiliares y de generación de
energía.

Costos mínimos de operación y mantenimiento.
Diseño y Aspectos Constructivos
Para una aplicación específica es posible diseñar el sistema "a medida" que mejor cumpla con
los requerimientos técnicos y económicos del proyecto.
Así por ejemplo, en una planta de absorción de amoníaco se pueden prever distintos niveles de
enfriamiento con una única fuente térmica (2 o 3 niveles de evaporación).
Mediante el diseño de Plantas compactas se obtienen excelentes resultados en enfriamiento de
fluidos (líquidos o gaseosos) de proceso o intermediarios.
Al igual que con los sistemas convencionales, es posible aplicar el ciclo de absorción de
amoníaco-agua según sistemas de refrigeración por expansión directa, recirculación
sobrealimentada o recirculación gravitatoria de amoníaco.
En aquellas aplicaciones con bajas temperaturas de enfriamiento también son posibles
distintas variantes:
a. La utilización de combustión directa de cualquier tipo de combustible, sólido, líquido o
gaseoso, de acuerdo con el costo y disponibilidad, pudiendo resultar altamente
competitivo con la energía eléctrica requerida por los ciclos de compresión.
b. La integración con ciclos de compresión en la etapa de extra baja, aprovechando las
enormes ventajas económicas y operativas del ciclo de absorción utilizándolo como
etapa de alta.
Si se carece de agua para disipación o se dispone de ella en forma limitada, el ciclo de
absorción de amoníaco permite el empleo de aire como fuente aún con bajas temperaturas de
enfriamiento en simple etapa, sin los problemas existentes en los ciclos de compresión.
Por operar con calor como fuente principal de energía, los sistemas de refrigeración por
absorción encuentran un lugar preponderante en los diseños que incluyan ciclos de
Cogeneración.
Una variante interesante es la de los sistemas combinados de Turbo-Absorción, operando con
la misma fuente de energía (Vapor de Agua o Combustión de Gas) y máximo aprovechamiento
energético.
Otra aplicación significativa de ciclos combinados lo constituye la cogeneración a partir de
Biogas con producción de electricidad, calefacción y refrigeración, especialmente indicado en
proyectos rurales o de producción alimenticia con disponibilidad de biomasa.
La posibilidad de operar con altas temperaturas de disipación es otra alternativa para la
recuperación de calor en calentamiento con niveles térmicos medios y máxima eficiencia,
generando agua a alta temperatura para proceso o climatización o aire para las mismas
aplicaciones.
Conclusión
Son tan amplias las posibilidades y resultan tan atractivas las ventajas técnicas y económicas
que ofrecen los Sistemas de Absorción de Amoníaco que, siempre que se disponga de calor no
aprovechado o de bajo costo, justifica su evaluación como solución, muchas veces
incomparable, teniendo en cuenta los aspectos de Conservación de la Energía y la incidencia
de los costos de operación en cualquier proceso industrial.