CAPÍTULO 3.0 MAQUINAS DE ABSORCION

PROYECTO FIN DE CARRERA.
ANÁLISIS DE LOS SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN SOLAR POR ABSORCIÓN.
CAPÍTULO 3
MÁQUINAS DE ABSORCIÓN
3.1.
INTRODUCCIÓN.
Los principios de la máquina de absorción podrían remontarse a 1774 con el inglés Joseph Priestly que
aisló los gases de amoníaco, oxígeno y dióxido de carbono, este hecho puede considerarse el comienzo
del desarrollo científico en el campo de la refrigeración por absorción, posteriormente Faraday utilizó un
tubo en forma de U, donde en un extremo se aplicaba calor para aumentar la presión, mientras que en el
otro se enfriaba. Demostró que se producía frío al evaporar amoníaco en un extremo del tubo y absorberse
en cloruro de plata en el otro extremo. En los años posteriores aparecerían varios estudios relacionados
con el principio de refrigeración por absorción, pero fue Edmond Carré el que inventó la primera máquina
de absorción en 1850, utilizando agua/ácido sulfúrico como par absorbente/refrigerante, y en 1859
Ferdinand Carré perfeccionó la máquina siendo patentada en 1860 en Estados Unidos, comenzando su
comercialización en 1886,
El refrigerador de absorción entró en el mercado norteamericano con más de 4 millones de aparatos
vendidos en 1926; en 1950 se dejaron prácticamente de utilizar por los equipos de compresión mecánica.
No obstante, a finales de los años 70 del siglo XX volvieron a utilizarse, debido a las ventajas que
ofrecían en aprovechar las energías alternativas, como la solar, la energía calorífica residual, que suele
desecharse pero son reutilizadas por estas máquinas para producir frío y climatizar.
La máquina de absorción se define como una máquina frigorífica que emplea como ciclo de trabajo el
ciclo de absorción, estas se integran dentro del mismo grupo de producción de frío que las convencionales
de compresión ya que el efecto de refrigeración lo consiguen por evaporación de un líquido a baja
presión, la diferencia de estas tecnologías de producción de frío es utilización de lo que llamaremos
compresor térmico por un compresor mecánico, necesario para la recuperación de los vapores formados
durante el paso de líquido a vapor.
La compresión térmica del refrigerante se realiza usando una solución líquida de refrigerante/absorbente y
una fuente de calor, de forma que se evita el consumo de energía eléctrica que sería necesaria en el caso
de un compresor mecánico.
Para la compresión, las máquinas convencionales utilizan el compresor, equipo que asegura la elevación
de presión hasta un nivel de presión donde los vapores recuperados y comprimidos puedan ser
condensados. Sin embargo para el caso de la compresión térmica las funciones del compresor se realizan
por dos dispositivos independientes:

La aspiración de vapores de refrigerante, procedente de evaporador, se produce como consecuencia
de la afinidad que tiene con una solución líquida almacenada en un recipiente llamado absorbedor
conectado al evaporador, este proceso tiene un carácter exotérmico lo que necesitaremos ceder este
calor a un agente externo.

El aumento de presión, de la solución líquida resultante en absorbedor hasta el nivel de condensación
tiene lugar en una bomba de trasiego, dado que la compresión se realiza sobre un fluido líquido, la
potencia necesaria de accionamiento es muy inferior a la que se precisa en el compresor de una
máquina de compresión.
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Como en los procesos anteriores se obtuvo una mezcla líquida (rica en sustancia refrigerante – pobre en
sustancia absorbente) que no puede ser enviada de esta forma al condensador, y es necesario la separación
previa del refrigerante y el absorbente, esto ocurre en el generador y se produce por adición de potencia
calorífica, que origina por un lado la producción de una corriente de vapores de refrigerantes puros (o con
poca cantidad de absorbente) y en segundo lugar una disolución líquida pobre en refrigerante
(concentrada en absorbente) que es enviada nuevamente al absorbedor, previa laminación, para reanudar
la absorción de vapores de refrigerante en el evaporador.
Los equipos de absorción pueden ser caracterizados por tres niveles de temperatura:



Un nivel de alta temperatura, que es la temperatura a la que se absorbe el calor cedido por el foco a
alta temperatura (la energía procedente de la radiación solar en el caso de sistemas de frío solar).
Un nivel de baja temperatura al que se produce el proceso de enfriamiento.
Un nivel de media temperatura al que se evacua tanto el calor extraído del sistema a enfriar como del
foco caliente.
Figura 3.1. Niveles de temperatura de trabajo de una máquina de absorción.
Un dato clave para describir la eficacia de un refrigerador activado térmicamente es el coeficiente térmico
de funcionamiento “COP”, definido como el cociente entre el calor extraído en el proceso de
refrigeración del agua y el calor de activación del sistema, como se observa en (3.1).
Este cociente no es el mismo que el COP de una máquina de refrigeración por compresión eléctrica
convencional, ya que para ese caso tendremos:
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En (3.1) y (3.2) el “ ” representa el trabajo de refrigeración que obtenemos y “W” representa el trabajo
que necesita aportarse al compresor; en esta definición para el compresor térmico no incluye ningún
consumo. Para hacer una comparación de las tecnologías se debe de considerar que la energía aportada a
todos los componentes del sistema sea térmica, ya sea para bombas, ventiladores, etc. Se puede observar
que cuanto más pequeño es el
, más aportación de calor se requiere y más calor tiene que ser
expulsado del sistema en la torre de refrigeración. Por el contrario, un alto valor del
tiene la ventaja
de poder reducir la aportación de calor y de energía eléctrica para las bombas en los ciclos de calefacción
y refrigeración.
Las máquinas de absorción pueden ser de simple efecto, doble efecto y triple efecto, se encuentran en el
mercado en el rango desde 4,5 kW de potencia frigorífica llegando a grandes cantidades de kW y con
coeficiente de operación COP de entre 0.6 y 0.75 en máquinas de simple efecto que son las más
utilizadas. Las temperaturas de las fuentes de calor para la activación de estas máquinas están en el rango
de entre 90 y 120º C en simple efecto, donde tenemos las máquinas de BrLi – H2O y NH3 – H2O.
También existen máquinas de doble efecto, con una temperatura de activación mayor, entre 130 y 185º C
lo que se traduce en una mejora del rendimiento del equipo, encontrándose el coeficiente de operación en
un rango de entre 0.9 y 1.33. Estas máquinas están disponibles en potencias de refrigeración superiores a
100 kW.
Las enfriadoras de triple efecto se encuentran todavía en etapa experimental aunque ya existen
instalaciones, que pueden alcanzar un COP de hasta 1.7 operando con temperaturas de activación en el
rango de 170 a 200º C. En la Figura 3.2 se muestra un esquema de la evolución del COP en los diferentes
tipos de máquinas de absorción estas últimas décadas.
Figura 3.2. Evolución de las máquinas de absorción a través del tiempo.
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3.2.
COMPONENTES.
Los elementos de un sistema de absorción son: generador, absorbedor, condensador y evaporador.
3.2.1.
GENERADOR.
En este componente se aplica la energía térmica para obtener vapor de refrigerante. La fuente de energía
normalmente agua caliente, fluye a través de tubos inmersos en una solución de refrigerante y absorbente.
Esta solución absorbe calor de la fuente de agua o vapor a alta temperatura causando la evaporación de la
solución y separando al refrigerante del absorbente al hacerlo evaporar y recuperar parte del absorbente al
separarlo de la solución líquida.
En el caso de la mezcla amoniaco - agua; para lograr una separación eficiente es necesario utilizar una
columna de rectificación adicional.
Figura 3.3. Generador en una máquina NH3-H2O y H2O-BrLi.
3.2.2.
ABSORBEDOR.
Uno de los componentes más importantes de estas máquinas de absorción, este dispositivo tiene como
objetivo poner en contacto dos corrientes. Dentro del absorbedor el vapor de refrigerante es absorbido por
el absorbente y como es un proceso exotérmico este es evacuado al agua de enfriamiento que circula a
través de los tubos en el interior del absorbedor.
La absorción del vapor del refrigerante crea una zona de baja presión dentro del absorbedor que junto a la
afinidad del absorbente por el agua en caso de BrLi/H2O induce un flujo continuo de vapor de refrigerante
desde el evaporador.
Para el caso del NH3/H2O la alimentación de la corriente rica en amoniaco debe de realizarse por la parte
baja del tanque mientras que la solución pobre de amoniaco es alimentada por la parte superior esto es
para evitar que el amoniaco escape en forma de gas sin disolverse en la solución pobre.
Su funcionamiento afecta directamente al sistema global. El diseño de los absorbedores es un punto
crítico, originado por la complejidad de los procesos de transferencia de masa y calor. Un intercambio de
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calor eficiente en el absorbedor depende principalmente de un excelente mezclado entre el vapor y la
solución de trabajo y del máximo área de contacto entre la pared del intercambiador y la solución.
Figura 3.4. Absorbedor en una máquina de absorción.
Los absorbedores se pueden clasifican atendiendo a la trayectoria continua o discontinua de las fases
líquida y de vapor; así, se pueden encontrar absorbedores con fase líquida y vapor continuos, con fase
vapor continuo y de líquido discontinua, y por último aquellos en que la fase vapor es discontinua y la
fase líquida continua.
a) ABSORBEDORES CON FASES VAPOR Y LÍQUIDO CONTINUO.
En este tipo de absorbedores, la fase líquida está formada por una película descendente en contacto con la
fase de vapor; las configuraciones disponibles pueden ser tanto de tubos verticales como horizontales.
Figura 3.5. Configuración horizontal y vertical de Absorbedores con fases vapor y líquida continua.
La configuración de tubos horizontales es la más utilizada comercialmente en las enfriadoras de agua de
H2O-BrLi. En este caso, el enfriamiento de la solución se realiza mediante agua de torre que circula por el
interior de los tubos horizontales.
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La configuración de tubos verticales es más versátil, ya que puede usarse agua de enfriamiento o aire para
la disipación del calor generado. En la configuración de película descendente se obtienen altos
coeficientes de transferencia de calor y baja perdida de carga, pero su buen funcionamiento depende
significativamente de la existencia de una buena distribución de solución.
b) ABSORBEDORES CON FASES VAPOR CONTINUO Y LÍQUIDO DISCONTINUO.
El proceso de absorción del vapor por la solución y la disipación de calor se realizan en este tipo de
configuración de forma separada.
La solución primero se pone en contacto con la fase vapor. Para ello se atomiza la corriente líquida
mediante la utilización de aspersores en una cámara adiabática en donde se ha introducido la corriente de
vapor. Una vez realizada la absorción, la corriente de la solución concentrada en refrigerante pasa por un
intercambiador de calor donde se disipa el calor de absorción. A continuación, una parte de la solución
enfriada se recircula al absorbedor y el resto se dirige al generador. Esta recirculación tiene el objetivo de
aumentar la absorción.
Como resultado del proceso de absorción adiabático, la solución se calienta y el proceso de absorción se
detiene cuando la presión de saturación más la presión capilar de la gota alcanzan la presión de la cámara.
La tensión superficial de las gotas formadas provoca una presión de capilaridad que es inversamente
proporcional al diámetro de las gotas. Para conseguir que la fase vapor del refrigerante sea absorbida, es
necesario superar la presión capilar y penetrar la gota, para ello la presión del absorbedor debe superar la
suma de la presión de saturación de la solución y la presión capilar de la gota. En consecuencia hay un
diámetro óptimo para el cual se produce la máxima absorción.
.
Figura 3.6. Absorbedores con fase vapor continuo y líquido discontinuo.
c)
ABSORBEDORES CON FASES VAPOR DISCONTINUO Y LÍQUIDO CONTINUO.
Este tipo de configuración se denomina absorbedor de burbuja. Estos absorbedores son de tipo inundados,
esto significa que la solución pobre en refrigerante llena el interior del canal central mientras que el vapor
es inyectado en forma de burbujas. La disipación de calor se hace por medio de agua de enfriamiento que
circula por la parte externa del dispositivo. Para aumentar la capacidad del absorbedor se suelen disponer
varios canales en paralelo con distribuidores de solución y de vapor en la parte inferior y un captador de
recogida de la solución concentrada en la parte superior. La configuración de burbuja es recomendada
para sistemas de refrigeración por absorción de NH3-H2O, debido al excelente mojado solución-pared.
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El flujo bifásico que circula por el interior del absorbedor adopta, diferentes tipos de regímenes: agitado,
tapones y de burbuja.



El flujo agitado se caracteriza por una forma indefinida de la fase vapor ocasionada por el efecto de
entrada de la solución y vapor.
En el flujo tapón, la fase gaseosa sube en forma de balas, de gran tamaño en comparación al diámetro
de tubo, separadas por líquido. Este régimen es el predominante a lo largo del absorbedor.
El flujo de burbuja es caracterizado por pequeñas burbujas separadas unas con otras, rodeadas de
grandes cantidades de líquido.
Figura 3.7. Absorbedor de burbuja.
3.2.3.
CONDENSADOR.
En el condensador el vapor refrigerante procedente del generador se condensa en un intercambiador de
calor, y es recogido por la parte inferior donde con una válvula de se descarga en el evaporador.
Normalmente el sistema de enfriamiento de agua está conectado a una torre de refrigeración.
3.2.4.
EVAPORADOR.
Este equipo es un intercambiador de calor en el cual el refrigerante cambia de fase y enfría el espacio a
refrigerar. Los evaporadores para refrigeración pueden ser clasificados de acuerdo al método de
alimentación como expansión directa o por inundación.
En el primer caso, la salida del evaporador es un vapor ligeramente sobrecalentado que se alimenta en
cantidades pequeñas para asegurar la vaporización completa al final del equipo. En el caso del evaporador
por inundación, la cantidad de refrigerante excede la cantidad evaporada. La decisión depende del diseño.
Un evaporador de expansión directa generalmente se utiliza en sistemas pequeños con diseños compactos
y requiere de equipo de control de flujo con una válvula de termo expansión o un tubo capilar.
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Figura 3.8. Condensador de una máquina de absorción.
Figura 3.9. Evaporador de una máquina de absorción.
3.3.
CLASIFICACIÓN.
Se desarrolla en este apartado una clasificación de los sistemas de absorción siguiendo diferentes
criterios: aplicación, fuente de energía, tamaño, fluido de trabajo, número de etapas y sistema de
condensación
3.3.1.
APLICACIÓN.
Las máquinas de absorción además de utilizarse para producir frio, se pueden utilizar para obtener calor
funcionando bien como bombas de calor.
Las bombas de calor y enfriadoras por absorción son muy utilizadas en proyectos de calefacción y
refrigeración en Europa como por ejemplo en los países escandinavos como Suecia o Dinamarca. En este
tipo de instalaciones se aprovechan diferentes energías, ya sea energía residual, gases de escape a baja
temperatura o calor geotérmico, para cubrir las necesidades de calefacción y refrigeración mediante
bombas de calor, refrigeradoras de amoníaco o enfriadoras de absorción. Además, es comúnmente
utilizada el agua de mar para disipar el calor generado por los equipos de absorción.
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3.3.2.
FUENTE DE ENERGÍA.
La fuente de calor que alimenta la máquina de absorción puede tener diferente origen y distintos niveles
de temperatura. Puede ser agua caliente procedente de captadores solares, calderas de biomasa, o procesos
industriales con excedentes de agua caliente. Se puede obtener de gas natural, o de gases licuados del
petróleo contenidos en depósitos. De procesos industriales con excedentes de vapor de agua o agua
sobrecalentada, y también de gases de escape procedentes de motores, o procesos industriales.
Dependiendo de si existe o no un intercambiador de calor entre la fuente y el generador, el modo de
alimentación se dice que es indirecto y directo respectivamente.
3.3.3.
TAMAÑO.
Si la capacidad frigorífica de la maquina es inferior a 30 kW se consideran máquinas de pequeña
potencia. Si se encuentran entre 30 kW y 100 kW, son máquinas de mediana potencia, y superiores a 100
kW se consideran máquinas de alta potencia.
3.3.4.
FLUIDO DE TRABAJO.
Los dos pares refrigerante/absorbente más empleados en las máquinas de absorción son NH3 /H2O y
H2O/BrLi; el primero de ellos, en aplicaciones preferentemente de refrigeración, y el segundo, en
climatización y bombas de calor por lo general.
La eficiencia de la maquina ideal de absorción solo es función de las temperaturas absolutas de las fuentes
térmicas de intercambio, independientemente de las propiedades de las sustancias absorbente y
refrigerante que circulan por los órganos de la planta. En la práctica esto no sucede así, existiendo una
clara dependencia entre las prestaciones logradas y la mezcla frigorífera escogida.
El refrigerante:
Propiedades que se requiere para el refrigerante:




Su presión de vapor deberá ser lo suficientemente baja, en alta temperatura, para impedir un grosor
elevado en los equipos de trabajo en esta zona. Por el contrario a bajas temperaturas, deberá poseer
una presión relativamente alta para favorecer la detección de fugas, en otras palabras, bajo punto
normal de ebullición, lo que está asociado con bajos pesos moleculares según la regla de Trouton.
Su temperatura de congelación será significativamente menor que la mínima del ciclo.
La conductividad térmica lo mayor posible para favorecer los procesos de transferencia.
Térmicamente estables.
El absorbente:
Propiedades que se requieren del absorbente:





La presión de vapor deberá ser lo más baja posible a la temperatura de generador, con el fin de evitar
la rectificación, lo que va a requerir en estas sustancias un alto punto normal de ebullición.
Estables químicamente y no corrosivos.
En funcionamiento continuo, debe encontrarse en fase liquida para las condiciones de operación.
Mínima viscosidad, para reducir la energía de circulación y asegurar altas tasas de absorción y
transferencia de calor.
Bajo punto de congelación.
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Para la solución Refrigerante/Absorbente:




Alta desviación negativa respecto a la ley de Raoult, cuanto mayor sea esta menor será la tasa de
caudal en el circuito de la solución por unidad de caudal de refrigerante.
Gran solubilidad del refrigerante en la solución para las condiciones de trabajo del absorbente para la
separación en el generador.
Proceso rápido de absorción de vapores y de aproximación de la solución al estado de equilibrio.
No inflamable, no tóxica y no corrosiva.
De acuerdo de estas condiciones, ninguna de las mezclas cumple con la totalidad de los requisitos
enumerados, a pesar de la gran cantidad de pruebas que se han llevado a cabo con distintos componentes.
Existen numerosas investigaciones para el desarrollo de esta tecnología con nuevos fluidos, como los
trabajos presentados por Lucas et al. (2005), Koo et al. (1998), Wang et al. (2009), Jian et al. (2010) y
Ben Ezzine et al. (2010); entre algunos de los trabajos.
Existen fundamentalmente dos tecnologías de absorción:


La mezcla amoniaco (refrigerante) – agua (absorbente).
La mezcla agua (refrigerante) – bromuro de litio (absorbente).
a) LA MEZCLA AGUA/BROMURO DE LITIO (H2O / BrLi).
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.
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Figura 3.10. Máquina de absorción H2O-BrLi.
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.
b) LA MEZCLA AMONIACO/AGUA (NH3/H2O).
El par ha sido utilizado en máquinas de absorción desde finales del siglo XIX. El amoniaco actúa como
refrigerante lo que permite bajar a temperaturas muchos mayores de refrigeración el punto de
congelamiento del amoniaco es -77,7º C. Requiere mayores presiones de trabajo en la parte de alta ya la
relación de volatilidades es demasiada baja lo que hace necesario el proceso de rectificación.
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El amoniaco está clasificado en el grupo II en cuanto a seguridad, por razón de su toxicidad, la entalpía
específica de evaporación del amoniaco es mucho menor que la del vapor de agua para la temperatura de
evaporación, por lo que se necesita mayor caudal para una misma potencia. La posibilidad de utilizar
directamente quemadores de gas para proveer aire refrigerado para sistemas de aire acondicionado es uno
de los factores que más mercado abre a estos productos.
Se encuentran máquinas en el mercado con potencias entre 10 y 90 kW pero con COP de 0,7 y
dependiendo de la modificación que pueda tener el ciclo de NH 3/H2O puede incrementar su eficiencia
como por ejemplo el ciclo GAX.
Figura 3.11. Máquina de absorción H2O-NH3.
La principal diferencia en el caso del bromuro de litio y agua, la constituye el hecho de que la corriente de
vapores formada en generador, para la mezcla amoniaco/agua, no está constituido por refrigerante puro
(amoniaco), sino que el agua forma parte de su composición en pequeño porcentaje. Esto es debido a que
la presión de vapor de agua no es despreciable frente a la del amoniaco. Para reducir el porcentaje de agua
se utiliza un dispositivo denominado “rectificador”, cuyo esquema se presenta en la Figura 3.12.
La idea básica de un rectificador consiste en provocar un enfriamiento de la corriente de vapores a la
salida del generador, en el rectificador el contenido de agua es separado por condensación al contacto del
serpentín por cuyo interior circula solución a una temperatura inferior al punto de rocío del vapor de agua
en estas condiciones.
La inclusión de la columna rectificadora, como se dijo, no asegura que la corriente circulante por el
evaporador sea amoniaco puro, por lo que el agua presente se va acumulando en evaporador, en el que se
vaporiza amoniaco, con la necesidad de un periodo de retorno de esta agua hacia la mezcla.
Tiene mucha importancia para evitar que lleguen gotas de agua al condensador y al llegar a la válvula de
expansión se congelen e inutilicen dicha válvula.
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Figura 3.12. Esquema de funcionamiento de un Rectificador.
Ventajas:




La posibilidad de utilizar directamente quemadores de gas.
Aplicaciones de temperaturas muy bajas, hasta -60º C.
Es posible la disipación por aire.
No hay problemas de disipación.
Inconvenientes:



c)
La toxicidad del amoniaco ha sido un factor que ha limitado bastante su uso a lugares bien
ventilados.
En algunos casos requiere de un rectificador para obtener una mejor separación de fluidos, ya que en
el generador no se alcanzan a separar y esto aumenta el costo de la instalación y partes del equipo.
No existen máquinas de NH3/H2O de doble efecto ya que las presiones que originarían en el
generador serian excesivamente elevadas.
COMPARACIÓN DE LA MEZCLA 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.
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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.
d) OTRAS COMBINACIONES REFRIGERANTE/ABSORBEDOR.
Se han probado diversas combinaciones, en principio adecuadas para la refrigeración por absorción con
ciclos simples y con menos problemas de cristalización que el par agua bromuro de litio, pero no son
utilizados normalmente por diversas razones entre las que están la limitada experiencia en cuanto a
estabilidad, corrosión y la toxicidad de algunos refrigerantes, además del pequeño número de máquinas
de absorción, comparado con las existentes de compresión mecánica; se estudian la adición de inhibidores
de corrosión y retardadores de cristalización.
Algunos pares son:






Amoniaco / Sales.
Metilamina / Sales,
Alcoholes / Sales.
Amoniaco / disolventes orgánicos.
Anhídrido sulfuroso / disolventes orgánicos.
Hidrocarburos halogenados / disolventes orgánicos.
De las combinaciones anteriores cabe destacar la firma sueca Climatewell que lanzó al mercado una
máquina de absorción modular condensada por agua de LiCl-H2O de 10 kW de potencia, donde el agua es
el refrigerante y LiCl es la sustancia absorbente.
Figura 3.13. Máquina de absorción ClimateWell.
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3.3.5.
NÚMERO DE ETAPAS.
Toda clasificación sobre un grupo determinado de elementos se efectúa en función de un criterio definido.
Sobre las máquinas de absorción, no existe una clasificación unificada, ni siquiera unos criterios que
coincidan de forma general. Entre los fabricantes de máquinas de absorción es corriente utilizar
indistintamente conceptos como “efecto” y “etapa”, lo que Carrier y Yazaki denominan efecto, Trane y
York lo denominan etapa.
Efecto: hace referencia al generador de la máquina; dispositivo donde se produce el vapor refrigerante
mediante ebullición. Ejemplo: simple efecto = 1 generador; doble efecto = 2 generadores; etc.
Etapa: hace referencia al absorbedor de la máquina; elemento donde se produce la absorción del vapor
refrigerante. Ejemplo: simple etapa = 1 absorbedor; doble etapa = 2 absorbedores; etc.
En función del número de efectos (o generadores) los sistemas de absorción se pueden clasificar en:
- De simple efecto: máquina de absorción con un solo generador.
- De efecto mitad.
- De doble efecto: máquina de absorción con dos generadores.
- De triple efecto: máquina de absorción con tres generadores.
La máquina de absorción de triple efecto será desarrollada en el apartado 3.5.1. del presente capítulo.
a) CICLO DE SIMPLE EFECTO.
El ciclo de absorción de simple efecto tiene una gran importancia en el campo de la refrigeración solar ya
que es el más adecuado para unirse a un campo de captadores planos o de vacío como se vio en el
capítulo anterior. La concepción habitual de una máquina de absorción es la de aquella que desarrolla un
ciclo frigorífico aprovechando la capacidad que tienen algunas sustancias, tales como el agua y algunas
sales como el Bromuro de Litio, para absorber en fase líquida vapores de otras sustancias tales como el
amoníaco y el agua, respectivamente.
El funcionamiento de una máquina de absorción es posible mediante el intercambio de calor con cuatro
focos. Esto se puede apreciar en la Figura 3.14 donde los cuatro componentes que intercambian calor con
el exterior: generador, absorbedor, condensador y evaporador; siendo sus cuatro focos respectivos.
Figura 3.14. Intercambio de calor con los focos de calor.
83
PROYECTO FIN DE CARRERA.
ANÁLISIS DE LOS SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN SOLAR POR ABSORCIÓN.
La mayoría de las máquinas de absorción comerciales disponibles requieren de una bomba para el
transporte de la solución diluida desde el absorbedor hasta el generador. El consumo eléctrico de esta
bomba es aproximadamente de un 1-5% de la potencia de refrigeración total.
Como se muestra en la Figura 3.15 existe un intercambiador entre la solución diluida y la solución
concentrada, que permite precalentar el fluido que se dirige hacia el generador. Gracias al recuperador de
calor introducido entre el absorbedor y el generador, la eficiencia del ciclo aumenta.
Figura 3.15. Máquina de absorción simple efecto H2O – BrLi con intercambiador de calor.
Los equipos de absorción, al igual que los de compresión de vapor, se basan en el principio de
condensación y evaporación de un refrigerante para la obtención de frío o calor. La principal diferencia
entre estos ciclos está en cómo se trasvasa el refrigerante de la zona de baja presión a la de alta presión.
En los ciclos de compresión mecánica, el trasvase se realiza por medio de un compresor, pero en el caso
de una máquina de absorción, el proceso es más complejo. El refrigerante vaporizado en la zona de baja
presión es captado por una solución (absorbente) que tiene afinidad fisicoquímica hacia él. La mezcla se
bombea a la zona de alta presión, y la separación absorbente-refrigerante se produce mediante la
aportación de calor.
La clave está en que el trabajo de bombeo es mucho menor que el necesario para mover el compresor en
un ciclo de compresión mecánica, con el consiguiente ahorro de energía eléctrica.
84
PROYECTO FIN DE CARRERA.
ANÁLISIS DE LOS SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN SOLAR POR ABSORCIÓN.
Figura 3.16. Esquema de funcionamiento de una máquina de absorción simple efecto.
El funcionamiento del equipo se describe con la Figura 3.16 que representa el proceso de una máquina de
absorción de simple efecto.
Mediante el aporte de energía térmica (independientemente del método empleado) se produce la
evaporación de parte del agua de la solución de BrLi-H2O, concentrándose dicha solución. El vapor de
agua (el refrigerante) se dirige al condensador, mientras que la solución concentrada se dirige al
absorbedor. Dado que el bromuro de litio (el absorbente) no es muy volátil, en condiciones normales de
funcionamiento no debe producirse el arrastre de gotas de solución en el proceso de evaporación, o si se
produce será en cantidades inapreciables.
Una vez ha llegado al condensador, el vapor de agua cede su calor latente y se condensa. Normalmente la
condensación del vapor de agua se realiza mediante otra corriente de agua, que circula por el lado de los
tubos, por lo que es necesario enviar esta corriente de agua a una torre de refrigeración para evacuar dicha
energía, se tendrá en cuenta que pueden haber equipos que condensan con aire. La presión de trabajo del
condensador varía mucho en función del refrigerante que se esté empleando. Si se está empleando vapor
de agua, estaremos trabajando por debajo de la presión atmosférica, pero si por el contrario se está
empleando amoniaco la presión será muy superior a la atmosférica.
Tras abandonar el condensador, el refrigerante se dirige al evaporador, pero antes debe pasar por la
válvula de expansión para reducir su presión lo necesario para que se produzca la evaporación a la
temperatura correcta. Aquí nuevamente hay distinciones según se use un refrigerante u otro. En el caso
del vapor de agua, la diferencia de presiones para las temperaturas típicas de funcionamiento de una
máquina de absorción es pequeña, por lo que con un dispositivo que produzca una pequeña pérdida de
carga es suficiente. Sin embargo, si el refrigerante es amoniaco, la diferencia de presiones es muy alta,
por lo que si es necesario emplear una válvula de expansión para producir la perdida de carga necesaria.
Tras disminuir su presión, el refrigerante llega al evaporador. En él, el refrigerante se evapora tomando la
energía necesaria de otra corriente (normalmente agua) que circula por el lado de los tubos,
produciéndose en dicha corriente el efecto frigorífico. Es importante indicar la necesidad de que no se
produzca arrastre de absorbente, ya que modificaría la presión de trabajo en el evaporador y porque
además se podría producir cristalización de la sal de bromuro de litio (que se hablara con detalle en
apartados posteriores). En cuanto a las presiones de trabajo, en caso de trabajar con vapor de agua como
85
PROYECTO FIN DE CARRERA.
ANÁLISIS DE LOS SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN SOLAR POR ABSORCIÓN.
refrigerante, seguiremos trabajando por debajo de la presión atmosférica, un poco más aún, mientras que
si empleamos amoniaco seguiremos trabajando por encima de la presión atmosférica, aunque no tanto
como en el condensador.
Una vez abandonado el evaporador, el refrigerante se dirige hacia el absorbedor para cerrar el ciclo. Para
ello se ponen en contacto el refrigerante (vapor de agua) y la solución concentrada que proviene del
generador. La solución concentrada absorbe el vapor de agua diluyéndose la solución, volviendo a las
condiciones de partida. Dicho proceso de mezcla es exotérmico, por lo que es necesario evacuar el calor
generado para que dicho calor no eleve la temperatura del absorbedor y se ralentice el proceso de mezcla.
Para ello se emplea una corriente auxiliar de agua que evacua dicha energía y posteriormente la disipa en
la torre de refrigeración. Normalmente, es la misma corriente de agua la que se usa para refrigerar el
absorbedor y el condensador, primero pasa por el absorbedor, y luego pasa por el condensador.
Una vez se ha producido la mezcla, la bomba se encarga de elevar la presión de la solución hasta la
presión de trabajo (recordemos que hemos producido una pérdida de carga en el paso del condensador al
evaporador) e impulsarla hacia el generador.
Por último, antes de llegar al generador, la solución pasa por un intercambiador de calor donde entra en
contacto (indirecto, claro está) con la solución concentrada que proviene del generador y se dirige al
absorbedor, disminuyendo la temperatura de ésta, y aumentado la suya. Con esto se consigue disminuir
las necesidades de refrigeración del absorbedor (ya que al ingresar en él la corriente de solución
concentrada a menor temperatura hay que evacuar menos energía) y también disminuye el aporte
energético necesario a realizar en el generador (ya que la solución de partida ingresa en el generador a
mayor temperatura).
Actualmente las máquinas de absorción de simple efecto tienen un COP en condiciones nominales de
0.65-0.77 aproximadamente.
IMPORTANCIA DE LAS MÁQUINAS DE ABSORCIÓN DE SIMPLE EFECTO.
Recientemente, la situación ha cambiado respecto al uso de las máquinas de absorción para el sector
terciario y el residencial, debido a las novedades del mercado en enfriadoras en el rango de pequeña y
mediana capacidad. En general, están diseñadas para funcionar con bajas temperaturas generadoras y por
lo tanto aplicables a captadores solares térmicos estacionarios. La menor capacidad enfriadora disponible
actualmente es de 10 kW y 4,5 kW. Normalmente utilizando fluidos de trabajo H2O/BrLi, aunque
también utilizan H2O/LiCl y NH3/H2O.
La aplicación del último fluido con amoníaco como refrigerante es relativamente nueva para la
refrigeración de edificios, puesto que este tipo de tecnología se usaba sobre todo para la refrigeración
industrial para aplicaciones a temperaturas negativas. Una ventaja de este tipo de enfriadora se nota
especialmente en aplicaciones en las que se necesita un gran salto térmico entre la temperatura exterior y
la temperatura fría. Es el caso, por ejemplo, de áreas con escasez de agua, cuando debe aplicarse el
enfriamiento seco a alta temperatura ambiente.
En general para el sector residencial el ciclo de simple efecto domina sobre los demás, debido a que el
proceso de fabricación son más fáciles y baratos en comparación con los de doble efecto. Los únicos
inconvenientes al emplear este tipo de máquina son: la utilización de una torre de refrigeración, la
relación de inversión inicial (torre de refrigeración, bomba, tuberías etc) y el coste de operación (consumo
de agua y electricidad, mantenimiento etc).
b) CICLO DE EFECTO MITAD.
El ciclo de efecto mitad se emplea cuando la fuente térmica disponible es de baja temperatura, del orden
de 65-80º C. Este nivel de temperaturas es tan bajo que apenas permite el funcionamiento de un sistema
de simple efecto. El sistema de efecto mitad presenta tres niveles diferentes de presión (Figura 3.17).
86
PROYECTO FIN DE CARRERA.
ANÁLISIS DE LOS SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN SOLAR POR ABSORCIÓN.
Figura 3.17. Máquina de absorción efecto mitad
La alta y baja presión opera del mismo modo que en simple efecto. La presión intermedia es aquella a la
que el generador de baja presión proporciona vapor refrigerante al absorbedor de alta presión. Aquí el
vapor es absorbido de nuevo por la disolución, y ésta es enviada al generador de alta temperatura donde
se produce una nueva ebullición por segunda vez. El refrigerante vapor cierra el ciclo a través del
condensador y evaporador para regresar al absorbedor de baja presión.
La principal ventaja de los ciclos de efecto mitad es que la temperatura a la que trabajan es inferior a
cualquier otro. Sin embargo este tipo de ciclos, precisamente por trabajar con un nivel térmico tan bajo,
presentan el inconveniente de tener un COP muy bajo cabe esperar sólo 0,35 del orden de la mitad del
que tienen las de simple efecto.
Puede utilizarse con captadores planos de baja eficiencia que logran temperaturas del orden de los 65-70º
C, que no permiten la operación de un sistema convencional de un efecto. Sin embargo por el mayor
costo inicial de estos sistemas, no han tenido éxito comercial.
c)
CICLO DE DOBLE EFECTO.
Una máquina de absorción de doble efecto surge de la adición de equipos al ciclo de simple efecto, para
poder mejorar su rendimiento, se compone de dos generadores de vapor (el de alta y el de baja
temperatura), dos recuperadores de calor de la disolución, dos condensadores, dos válvulas de expansión,
el evaporador y el absorbedor. Esto es posible en las maquinas con el par BrLi-H2O, ya que trabajan con
niveles de presión muy bajos, mientras que no es posible en el caso de trabajar con la mezcla NH3-H2O,
ya que introducir una nueva etapa incrementaría la temperatura de trabajo, y el incremento de presión que
esto originaría una estructura muy robusta lo que lo haría inviable.
87
PROYECTO FIN DE CARRERA.
ANÁLISIS DE LOS SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN SOLAR POR ABSORCIÓN.
Los ciclos de doble efecto, como poseen dos generadores, realizan dos separaciones de vapor a partir de
un aporte inicial de calor externo, de manera que se consigue un aumento notable en el COP de la
máquina respecto a las de simple efecto. Pero ello implica un nivel térmico superior a las de simple efecto
en el generador de alta temperatura, con el fin de que el vapor producido en este generador sea a su vez
capaz de producir vapor refrigerante en el generador de baja temperatura.
El rango de temperaturas con el que trabaja el generador de alta temperatura en el ciclo de doble efecto se
encuentra entre 130 y 180º C. Su valor dependerá de la temperatura ambiente, de la carga térmica a cubrir
y del tipo de condensación con el que opere.
El coeficiente de operación (COP) pude verse en la expresión (3.3.), donde se define del mismo modo que
para las máquinas de simple efecto y normalmente pueden obtenerse valores de 1,1 – 1,35.
̇
̇
En este caso el calor aportado a la máquina será el suministrado al generador de alta temperatura (3.4).
̇
̇
El efecto útil en el evaporador se puede desdoblar en dos:


El efecto producido por la contribución del refrigerante producido en el generador de alta
temperatura ̇
.
El efecto producido por la contribución del refrigerante producido en el generador de baja
temperatura ̇
.
Sustituyendo las expresiones anteriores en la expresión del COP se obtiene (3.5).
̇
̇
̇
̇
̇
En la Figura 3.18 se representa un esquema de una máquina de doble efecto con todos los componentes
del sistema. En el generador de alta temperatura la solución acuosa (gráfica solución diluida) será
calentado por la fuente de energía térmica que para el caso de refrigeración solar será proveniente del
campo de captadores, en la que parte del agua de la solución se evapora del resto, obteniéndose una
solución intermedia a la que llamaremos solución semi concentrada, el vapor de agua va directamente al
generador de baja.
88
PROYECTO FIN DE CARRERA.
ANÁLISIS DE LOS SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN SOLAR POR ABSORCIÓN.
Figura 3.18. Descripción de una máquina de absorción de doble efecto.
La solución semi concentrada, pasa por el intercambiador de alta temperatura antes de pasar al generador
de baja temperatura lo que hace es precalentar la solución que entrara en el generador de alta temperatura
solución diluida y enfriar la solución semi concentrada.
En el generador de baja temperatura, el vapor de agua cede energía a la solución intermedia (que se
encuentra a menor temperatura tras pasar por el intercambiador de calor de alta temperatura) como
consecuencia de este intercambio de calor, parte del agua de la solución semi concentrada hierve
liberando vapor refrigerante adicional esta segunda separación de vapor de la solución permite aumentar
el rendimiento de la máquina y es la razón por la que esta variante del ciclo se denomine de doble efecto.
El vapor separado en el generador de baja temperatura, atraviesa el separador secundario y alcanza el
condensador donde se reúne con parte del vapor generado en la primera etapa, o sea, en el generador de
alta temperatura.
En el condensador, el circuito por el que circula el agua de enfriamiento procedente generalmente de una
torre evaporativa, enfría el vapor condensándolo y formando el agua que es el líquido refrigerante. Éste
líquido entra en el evaporador debido a la diferencia de presión y al encontrarse en un espacio donde la
presión absoluta muy pequeña se evapora a una temperatura de 3,3º C adquiriendo el calor necesario para
ello del agua a refrigerar que está circulando por un serpentín situado dentro del evaporador. Gracias a
ello el agua del circuito de refrigeración desciende a la temperatura de 7º C.
Mientras, la solución semiconcentrada al reducir su contenido de agua por efecto de la evaporación en el
generador de baja temperatura, concentra aún más su contenido de BrLi por lo que pasamos a
denominarla solución concentrada. En estas condiciones fluye a través del intercambiador de calor de
baja temperatura donde cede calor a la solución diluida que circula por su circuito secundario
(volveremos sobre ello más adelante) reduciendo su temperatura hasta 40º C. A continuación la solución
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PROYECTO FIN DE CARRERA.
ANÁLISIS DE LOS SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN SOLAR POR ABSORCIÓN.
concentrada entra en el absorbedor que es un espacio compartido con el evaporador y en el que se
encuentra un serpentín por el que circula agua de enfriamiento a una temperatura máxima de 29,5º C
procedente de una torre evaporativa externa a la máquina. Dentro del absorbedor el BrLi de la solución
concentrada, gracias a su alta afinidad con el agua, absorbe el vapor producido en el evaporador lo que
permite mantener constante la presión en éste. Al mismo tiempo, el agua de enfriamiento que circula por
el serpentín del absorbedor elimina durante el proceso de absorción el calor aportado al vapor de agua en
el evaporador.
Como toda el agua separada de la solución en los dos generadores, el de alta y el de baja temperatura, ha
llegado finalmente al absorbedor, en este espacio la solución se diluye de nuevo hasta el 54% inicial, o
sea, vuelve a ser solución diluida. Desde el absorbedor, dicha solución es aspirada por la bomba de
solución haciéndola pasar primero por el intercambiador de baja temperatura calentándose como hemos
visto antes con el calor cedido por la solución concentrada y a continuación por el intercambiador de calor
de alta temperatura donde, como también hemos visto, adquiere el calor cedido por la solución semi
concentrada, entrando finalmente en el generador de alta temperatura donde de nuevo se inicia el ciclo.
Las temperaturas y los niveles de concentración del BrLi pueden sufrir algunas variaciones según el
fabricante e incluso el modelo del equipo. El ciclo descrito es el denominado de circuito en serie ya que
los fluidos circulan en serie a través de los distintos dispositivos. Algunos fabricantes han introducido
variaciones a este circuito, especialmente en unidades de gran potencia, con el propósito de disminuir la
cantidad de fluido a circular y el volumen de la máquina.
Las máquinas de absorción de doble efecto se pueden clasificar según la distribución del caudal de la
disolución hacia los dos generadores (Figura 3.19).



Flujo Paralelo,
Flujo Serie
Invertido.
Flujo paralelo.
Una de las más importantes decisiones a tomar cuando se trata de diseñar una máquina de absorción de
doble efecto es el modo de distribuir la disolución que circula desde el absorbedor hacia los dos
generadores. En este tipo de configuración la disolución procedente del absorbedor se divide en dos
circuitos; uno hacia el generador de alta temperatura y otro hacia el de baja para poder alimentarlos de
forma independiente.
Las máquinas de doble efecto con distribución de flujo paralelo desarrollan un COP mayor que las de
flujo en serie. Este tipo de configuración presenta mayores beneficios desde el punto de vista
termodinámico y de transferencia de calor que la configuración serie ya que esta distribución disminuye
las caídas de presión y mejora el proceso de separación del vapor refrigerante, si bien necesita mayor
complejidad en el sistema de control.
90
PROYECTO FIN DE CARRERA.
ANÁLISIS DE LOS SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN SOLAR POR ABSORCIÓN.
Figura 3.19. Posibilidades de funcionamiento de una máquina de doble efecto.
Figura 3.20. Máquina de absorción doble efecto con flujo paralelo.
Flujo serie.
En la configuración serie todo el caudal de disolución es conducido, en primer lugar, al generador de alta
temperatura y, posteriormente, al de baja temperatura. Por otro lado el generador de alta temperatura debe
alcanzar una temperatura lo suficientemente elevada para proporcionar el calor necesario al generador de
baja el cual haga hervir la disolución.
Por otra parte, tanto las máquinas de doble efecto paralelo como las de distribución en serie se pueden
dividir en dos tipos según el sistema de condensación: condensadas por agua y condensadas por aire.
91
PROYECTO FIN DE CARRERA.
ANÁLISIS DE LOS SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN SOLAR POR ABSORCIÓN.
Figura 3.21. Máquina de absorción doble efecto con flujo en serie.
Flujo invertido.
La solución procedente del absorbedor es dirigida primero hacia el generador de baja presión (G2) para
luego ser bombeada al generador de alta presión (G1).
La configuración invertida es muy similar a la configuración en serie, pero con dos bombas de caudal,
una para llevar la mezcla del absorbedor (AB) al generador de baja presión (G2), y otra para llevar la
mezcla al de alta presión (G1). Con esto se consigue un mejor control de la presión en cada generador al
tener dos equipos reguladores independientes, lo que conlleva una mejor operación del equipo. Sin
embargo, está perdiendo terreno frente a la configuración en serie debido a que se necesita una bomba de
caudal más y a que las técnicas de control actuales están consiguiendo mejorar la respuesta de las
maquinas con configuración serie.
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PROYECTO FIN DE CARRERA.
ANÁLISIS DE LOS SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN SOLAR POR ABSORCIÓN.
Figura 3.22. Máquina de absorción doble efecto con flujo invertido.
Como resumen, podemos decir que las configuraciones en paralelo e invertida presentan un control más
sencillo, pero al necesitar una segunda bomba, y al haber mejorado las técnicas de control, los fabricantes
suelen optar por la configuración en serie.
Adicionalmente cabe resaltar que existe una máquina de amoniaco agua puede presentarse como en dos
etapas debido a que hay plantas que las utilizan cuando necesitan dos temperaturas diferentes de
refrigeración en la misma planta. El vapor de refrigerante se fija a diferentes temperaturas pero se
distribuyen por la misma corriente de solución. Esto reduce las pérdidas de circulación de la solución. El
requisito de la temperatura de la fuente de calor es comparable con la de simple etapa.
Estas plantas mejoran el consumo de la COP y es posible compararlas con dos plantas separadas de una
sola etapa. Estas plantas se utilizan para cumplir con los requisitos de refrigeración de baja temperatura
con fuente de calor relativamente a más baja temperatura en comparación con la planta de una sola etapa.
Típicamente para el rango de temperatura de refrigeración de 5 a -55 grados C.
IMPORTANCIA DE LAS MÁQUINAS DE ABSORCIÓN DE DOBLE EFECTO.
Los sistemas de doble efecto están ampliamente extendidos en Estados Unidos y Japón, principalmente
para aplicaciones alimentadas por gas.
En comparación con las máquinas de simple efecto debido a sus limitaciones, esta tecnología no toma
ventaja de fuentes de energía de mayor temperatura, como podrían ser captadores del tipo tubo evacuado,
concentradores solares del tipo CPC o cilíndrico parabólicos. Esto se debe a que el COP de un sistema de
un solo efecto es bastante insensible a un incremento de temperatura por irreversibilidades asociadas a la
transferencia de calor. Por lo tanto, el COP de una máquina térmica de un solo efecto es del orden de 0.7
y en esencia, independiente de la temperatura de la fuente térmica.
Para lograr mayores eficiencias, es necesario un ciclo que aproveche la disponibilidad (energía) asociada
a una mayor temperatura de una fuente térmica. La tecnología de sistemas de refrigeración por absorción
de bromuro de litio-agua doble efecto es una tecnología que produce eficiencias más altas y permite
competir con los sistemas convencionales de compresión de vapor al producir coeficientes de
rendimientos COP en el rango de 1,1 a 1,33. Es importante aclarar los sistemas comerciales de doble
93
PROYECTO FIN DE CARRERA.
ANÁLISIS DE LOS SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN SOLAR POR ABSORCIÓN.
efecto de fuego directo son disponibles comercialmente y representa una tecnología madura. Sin
embargo, todavía no hay sistemas en operación comerciales directamente diseñados para operar con
calentamiento indirecto con energía solar.
En la Figura 3.23 muestra la relación entre el COP y la temperatura de trabajo del generador de varias
enfriadoras multi-efecto con un mismo dimensionado y bajo idénticas condiciones de operación
(temperatura del agua de refrigeración a 30º C y temperatura de consigna del agua a enfriar de 7º C).
Hay que destacar que, para cada ciclo de absorción, existe un valor mínimo de la temperatura a
suministrar al generador, por debajo de la cual no funciona. Por ello se deben de implementar adecuados
sistemas de control donde la condición para poner en marcha la máquina de absorción y sus respectivas
bombas sea que la temperatura disponible en la parte superior del tanque de acumulación de calor sea de
85º C (simple efecto) o 180º C (doble efecto) y, para detener los equipos, sea de 75º C (simple efecto) o
170º C (doble efecto); para el caso de obtención de energía térmica por un sistema solar de captación.
Figura 3.23. Comparación de las máquinas de absorción según su COP y su temperatura de activación.
La principal ventaja de un doble efecto frente a un ciclo de simple efecto es que el efecto de enfriamiento
por unidad de calor puede llegar a ser el doble. Como se muestra en la Figura anterior estos sistemas
requieren temperaturas por encima de los 140º C, pero su COP alcanza valores de 1,0-1,33. Aunque estos
sistemas no son los más adecuados para su utilización con captadores solares comunes, puede llegar a ser
una opción interesante combinándolos con captadores cilindro-parabólicos, tipo tubo evacuado,
concentradores solares del tipo CPC. Es claro que un sistema de doble efecto es más costosos que un
sistema de un efecto de la misma capacidad, sin embargo, al tener una eficiencia del orden de 1.3 en lugar
de 0.7, requiere una menor cantidad de energía (aunque de mayor calidad), que un sistema de un efecto
Su aplicación conjunta ofrece una oportunidad para superar la barrera de la eficiencia de los sistemas de
refrigeración existentes, basados en máquinas de simple efecto con captadores planos o de vacío. Sin
embargo, hay que destacar la necesidad de mantener la temperatura de trabajo elevada, para evitar una
94
PROYECTO FIN DE CARRERA.
ANÁLISIS DE LOS SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN SOLAR POR ABSORCIÓN.
disminución brusca del COP. Esta consideración influirá sobre el diseño del sistema solar en lo referente
a las presiones de trabajo, vaso de expansión, etc. Esta aplicación resulta especialmente adecuada para
climas con elevada radiación directa.
3.3.6.
SISTEMA DE CONDENSACIÓN.
El modo de condensación depende del fluido utilizado para la transferencia del calor de absorción y de
condensación al exterior. Las maquinas se dividen en condensadas por aire y condensadas por agua.
a) SISTEMA DE CONDENSACIÓN POR AGUA.
En los sistemas condensados por agua, se utiliza un circuito abierto de agua de enfriamiento y el calor
absorbido por este fluido a su paso por el condensador y absorbedor es transferido al ambiente exterior en
una torre de enfriamiento. En la torre, el agua de enfriamiento es pulverizada y transfiere calor sensible y
fundamentalmente latente al aire atmosférico. La temperatura del agua disminuye hasta una temperatura
próxima a la temperatura de bulbo húmedo (tbh). La diferencia entre la temperatura de salida del agua de
la torre y la tbh es lo que se define como acercamiento de la torre. Este acercamiento es característico de
cada torre y depende de la humedad del lugar en el que esté instalada.
Para una temperatura exterior de bulbo seco dada, se podrá enfriar más el agua en la torre cuanto más
seco sea el clima. La temperatura de condensación (tc), será la suma de tbh, el acercamiento de la torre, el
aumento de temperatura del agua a su paso por el condensador y absorbedor, y la diferencia entre tc y la
temperatura de entrada del agua a la torre de enfriamiento procedente del condensador.
El inconveniente de los sistemas condensados por agua reside en las torres de enfriamiento, donde se
evacua a la atmósfera el calor absorbido; suponen un problema de ubicación en el sector residencial, una
fuente de consumo de agua y gasto en mantenimiento. Además, presentan el inconveniente de la aparición
frecuente en ellas de la bacteria Legionella. Además son unas de las principales responsables de que la
tecnología de la absorción no haya conseguido implantarse en el mercado doméstico.
La condensación por agua es la mayoritariamente empleada por las máquinas de absorción hasta la fecha,
por sus buenas prestaciones. Si bien en los últimos años, debido a la estricta reglamentación sobre las
torres de refrigeración, cada vez están apareciendo más trabajos de investigación sobre máquinas
condensadas por aire.
b) SISTEMA DE CONDENSACIÓN POR AIRE.
Con los sistemas condensados por aire, se eliminan los problemas derivados de la torre de refrigeración.
Sin embargo, se presentan otras preocupaciones que han de ser tenidas en consideración, en este tipo de
sistemas el aire es el fluido que extrae el calor en el condensador y en el absorbedor. El uso del aire como
fluido refrigerador conlleva un aumento en las temperaturas de condensación, lo cual repercute a su vez
en una mayor temperatura de ebullición en los generadores. Esto se debe a que los sistemas condensados
por aire operan a la temperatura de bulbo seco mientras que los condensados por agua utilizan torres de
refrigeración para el intercambio de calor, gobernadas por la temperatura de bulbo húmedo.
La condensación por aire desplaza el ciclo de operación hacia una zona de mayores temperaturas y
concentraciones de la disolución, acercándose peligrosamente a la zona de cristalización del bromuro de
litio ciclo azul en la Figura 3.24. Si aumenta la temperatura de absorción y se pretende seguir evaporando
refrigerante a la misma temperatura, esto conlleva el aumento en los niveles de concentración de la
disolución y el consiguiente acercamiento a la zona de formación de cristales.
95
PROYECTO FIN DE CARRERA.
ANÁLISIS DE LOS SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN SOLAR POR ABSORCIÓN.
Figura 3.24. Funcionamiento de la máquina de absorción según la zona de cristalización.
Por su parte, el sistema condensado por agua opera con temperaturas máximas de condensación del orden
de los 40º C, mientras que el sistema condensado por aire puede trabajar con temperaturas que alcanzan
los 55º C, o incluso superarlos.
Como la temperatura de bulbo húmedo es siempre inferior a la de bulbo seco, excepto cuando la humedad
relativa de la atmósfera es 100% (caso éste en el que coinciden), el sistema que condensa por aire tiene
unas temperaturas de absorción y condensación mayores. Este aspecto influirá negativamente sobre su
eficiencia energética y en su capacidad de producir frío en el evaporador, cuando las condiciones del
ambiente sean extremas, ya que la disolución verá incrementada su temperatura, lo cual reduce su
capacidad para absorber vapor refrigerante. Si el refrigerante no se absorbe provoca un aumento de la
presión en el absorbedor y esto repercute en que la temperatura de evaporación aumente. Todo ello
conduce a una disminución de la capacidad y la eficiencia de la máquina.
Una ventaja que aporta la condensación por aire es que la ausencia de la torre de refrigeración reduce el
coste de inversión de la máquina entre un 25-30%.
Por el contrario, el coeficiente de transferencia de calor del aire es sensiblemente inferior al del agua. Esto
implica que para extraer la misma cantidad de calor sea necesaria más área de transferencia, lo que se
traduce en un mayor tamaño de la máquina.
Para desarrollar esta tecnología es necesario solventar dos tipos de problemas:


Encontrar nuevas mezclas salinas con un rango más amplio de solubilidad que el BrLi/H 2O.
Desarrollar absorbedores que permitan simultáneamente un proceso de absorción adecuado y una
evacuación del calor efectiva.
Asimismo al condensar por aire y necesitar mayor temperatura en el generador se aprovecha menos el
calor disponible, a no ser que se mejore la transferencia de calor en el generador.
96
PROYECTO FIN DE CARRERA.
ANÁLISIS DE LOS SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN SOLAR POR ABSORCIÓN.
Los modos de condensación de aire pueden ser indirectos o directos. En los sistemas indirectos, se
transfiere al aire exterior el calor de absorción y condensación utilizando un sistema de transferencia de
calor en serie. Se compone de un aerotermo, un circuito cerrado de agua y una bomba. Primero, el caudal
de agua de enfriamiento es bombeado hacia el absorbedor y condensador donde recibe la potencia de
absorción (Qa), y condensación (Qc), aumentando su temperatura, y posteriormente esta agua transfiere la
suma de las dos potencias al aire exterior en un aerotermo.
Figura 3.25. Sistema de condensación indirecta por aire.
En los sistemas directos, el calor se transfiere directamente al aire atmosférico, utilizando un absorbedor
de tipo adiabático que funciona separando la transferencia de calor de la transferencia de masa. El calor
de absorción se extrae fuera de la cámara de absorción mediante el bombeo de la disolución hacia un
intercambiador de calor externo. La disolución se recirculará un número de veces suficiente para que
absorba correctamente el vapor refrigerante.
3.4.
PROBLEMAS DE FUNCIONAMIENTO.
3.4.1.
CRISTALIZACIÓN Y REFRIGERACIÓN DEL ABSORBENTE.
En las soluciones salinas como la de H2O/BrLi el componente salino precipita cuando la fracción de masa
de sal excede el límite de solubilidad. Este límite depende fuertemente de la temperatura y débilmente de
la presión. Es peligroso en el arranque de la maquina donde la temperatura es muy baja.
La nucleación de cristales requiere núcleos para iniciarse. En el caso de no existir los núcleos adecuados
se puede llegar a dar una sobresaturación del agua y el contenido de sal en el líquido superara el límite de
solubilidad. En el caso del bromuro de litio el precipitado observado es una fase solida hidratada. Las
zonas bifásicas adyacentes a la región del líquido consisten en solido hidratado mezclado con solución
liquida. Esta sustancia es el sólido húmedo que se forma habitualmente en las tuberías de la máquina de
absorción llegando, si no se toman las debidas precauciones, a obstruir las conducciones y detener el
funcionamiento de la máquina. Si la obturación ocurre tendera a producirse en la salida del
intercambiador de la solución, espacio donde las temperaturas son relativamente bajas y de esta manera se
tiende a evitar la frontera de fases. Si esto ocurre, la temperatura de la solución concentrada se necesita
aumentar de manera significativa por encima de su punto de saturación con el fin de disolver los cristales
dentro de un plazo razonable. La recuperación de la operación de absorción después de la cristalización es
un proceso que consume mucha mano de obra y tiempo
Las causas principales que dan como resultado la cristalización en la solución pobre:
97
PROYECTO FIN DE CARRERA.
ANÁLISIS DE LOS SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN SOLAR POR ABSORCIÓN.

Bajas temperaturas del medio externo que se enfría el absorbedor, en cuyo caso la solución rica en
refrigerante abandona este equipo con baja temperatura y es capaz de enfriar fuertemente a la
solución pobre a su paso por el intercambiador de calor, pudiendo desencadenar con ello la
cristalización.

Altas temperaturas o fuertes suministros caloríficos en generador, en ambos casos se produce una
solución muy concentrada en bromuro que a su paso por el intercambiador corre peligro de
cristalizar. Este proceso puede deberse a la entrada de aire, recordemos que se trabaja en vacío, por lo
que las presiones aumentan ante la presencia de este incondensable, dando como resultado un
descenso de la potencia frigorífica y un incremento de la potencia suministrada por generador para
aumentar aquella.

Presencia de gases no condensables, tales como el aire y el hidrógeno; dado que el sistema de
absorción opera al vacío, el aire del exterior puede filtrarse en el sistema. La corrosión de los metales
en el sistema de absorción va a generar gas no condensable (como el hidrógeno), en particular en la
operación de alta temperatura, como los ciclos de doble efecto. La presencia de gases no
condensables reduce la capacidad del sistema y de la COP, lo que provoca la concentración de la
solución absorbente concentrada. Como la solución se vuelve más concentrada que tiende hacia la
saturación e incluso puede llegar a ser sobresaturada puede activar la cristalización. El inicio de los
gases no condensables se puede controlar mediante el diseño de la máquina con una rutina en los
sistemas de depuración.
Los problemas de cristalización son uno de los mayores obstáculos para producir maquinas refrigeradas
por aire. Los absorbedores refrigerados por aire funcionan con temperaturas mayores que los refrigerados
por agua debido a las características de transferencia energética del primero. Los fabricantes incluyen
controles de forma que cuando se dan condiciones de riesgo de cristalización estas se corrigen,
reduciendo la energía entrada en el desorbedor o diluyendo la solución en el absorbedor.
Hoy la cristalización es un fenómeno perfectamente controlable, y puede prevenirse sin demasiada
dificultad mediante controladores de nivel y de concentración y válvulas automáticas, Una de las
tecnologías de control más eficaz la cristalización es el uso de inhibidores de la cristalización.
Esto puede ocurrir si la temperatura del agua de refrigeración procedente de la torre de refrigeración es
demasiado baja. El límite de esta temperatura depende del fabricante, pero el valor típico es de 24º C.
Figura 3.26. Línea de Cristalización en una máquina de absorción.
98
PROYECTO FIN DE CARRERA.
ANÁLISIS DE LOS SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN SOLAR POR ABSORCIÓN.
3.4.2.
PERDIDAS DE CARGA.
Las canalizaciones que interconectan por un lado evaporador y absorbedor y por otro generador con
condensador, introducen perdida de carga, cuyo resultado es la desigualdad de presiones entre estas
parejas de equipos como se muestra en la
Si la presión de absorbedor es inferior a la de evaporador, el título en refrigerante de la solución rica en
equilibrio con la temperatura en absorbedor desciende, haciéndolo también la capacidad de absorción de
vapores para un mismo caudal másico.
Por su parte, la mayor presión en generador, respecto a la de condensador, trae como consecuencia, para
una temperatura fija en generador un mayor título en refrigerante para la solución pobre y con esto una
menor posibilidad de absorción de vapores cuando esta alcance el absorbedor.
Las consecuencias debidas a estas pérdidas de carga se han esquematizado sobre el diagrama de la figura
en la que se han notado con “primas” los títulos de las soluciones restantes de la existencia de las caídas
de presión.
Las pérdidas que ocurran en la línea de unión de la solución rica desde generador al absorbedor no tienen
un efecto nocivo ya que precisamente en esa línea se provoca una caída de presión de la alta a la baja, Las
que se originan en la línea de solución pobre son superadas por la bomba, por lo tanto el trabajo de la
bomba será algo superior aunque permanecerá en valores despreciables frente a otro aportes.
3.4.3.
CORROSIÓN Y COMPATIBILIDAD DE MATERIALES.
El bromuro de litio acuoso en presencia de oxigeno es agresivo a muchos metales incluyendo el acero y el
carbón. Por ello a pesar de la baja presencia de oxigeno ralentiza los procesos, a lo largo de la vida de
maquina se pueden observar procesos de corrosión significativos y se deben tomar medidas preventivas
para minimizar los defectos. Las medidas básicas consisten en el control del pH y de los inhibidores de
corrosión.
La corrosión del acero o del cobre en presencia de un electrolito como el BrLi acuoso es una reacción
multipaso oxidación-reducción que consiste en que iones de hierro o cobre dejan la superficie del sólido y
se combinan con el oxígeno a cierta distancia de ella. El potencial de oxidación de la solución es
fuertemente dependiente del pH. Controlando que la solución sea ligeramente básica, los radicales
hidroxilos en exceso provocan la oxidación directamente sobre la superficie solida pasivándola. El control
del pH se realiza añadiendo pequeñas cantidades de HBr sin alterar las propiedades de la solución.
Los inhibidores de corrosión consiguen una reducción complementaria en las tasas de corrosión. Varios
aditivos han sido propuestos y probados como el Li 2CrO4 o el LiOH. Aparentemente estos inhibidores
reaccionan con la superficie y forman un recubrimiento de óxido estable, pero tienen el inconveniente de
ser tóxicos, por ejemplo la empresa japonesa HITACHI ha realizado un nuevo desarrollo basado en su
experiencia e investigación en el funcionamiento de unidades de doble efecto utilizan un nuevo inhibidor
anti-corrosión, el “Molibdato de Litio + ” (
 con gran capacidad de inhibición y menor
generación interna de gases, es inofensivo y no tóxico.
99
PROYECTO FIN DE CARRERA.
ANÁLISIS DE LOS SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN SOLAR POR ABSORCIÓN.
3.4.4.
VACÍO.
Las presiones típicas en una máquina de absorción de BrLi son subatmosféricas. Las presiones vienen
determinadas por las presiones de vapor de los líquidos de trabajo. Por ejemplo en un evaporador a una
temperatura de 5º C, considerando que prácticamente contiene agua pura, se trabaja con presiones de
0,872 kPa. Estas condiciones introducen importantes retos en el diseño de las maquinas como son su
tamaño, se requieren de grandes espacios estancos debido al volumen especifico del vapor, la sensibilidad
a gases generados internamente y efectos de presión hidrostáticos en el diseño del evaporador. Las
presiones relacionadas con BrLi no son relativamente bajas pero la sensibilidad de esta tecnología a
cualquier fuga es altísima.
3.4.5.
PRESIÓN HIDROSTÁTICA.
En el generador, durante el proceso de separación de refrigerante, se decanta la solución pobre en la parte
inferior del equipo, y como consecuencia de la altura de líquido, la presión de salida de la solución líquida
es mayor que la considerada teóricamente, siendo su efecto similar al de una mayor concentración en
refrigerante y por tanto una menor capacidad de absorción de vapores de refrigerante. En la máquina
realmente no ocurre este incremento de concentración sino que se mantiene la misma concentración pero
alejada de las condiciones de saturación; por lo que a efectos de cálculo la variación en la concentración
produce el mismo efecto.
3.5.
MEJORAS DEL SISTEMA DE ABSORCIÓN.
La tecnología de absorción tiene un gran potencial de desarrollo, y se muestran algunas de las líneas de
trabajo para la mejora de los equipos de absorción. Las mejoras comentadas van encaminadas a la mejora
global del equipo tanto como el rendimiento, peso y volumen de los equipos.
3.5.1.
CICLO DE ABSORCIÓN DE TRIPLE EFECTO.
Como su nombre indica, se trataría de añadir un tercer efecto al ciclo. Para ello habría que añadir un
tercer generador y condensador que trabajaran a una temperatura superior a las altas temperaturas del
doble efecto. Como se dijo antes, la temperatura del generador de alta en un ciclo de doble efecto suele
estar en torno a 130-180º C, por lo que sería necesaria una fuente de energía térmica de muy alta
temperatura. La máxima mejora del rendimiento se conseguiría colocando los tres efectos en serie que
colocando el tercero en paralelo la mejora del rendimiento del equipo sería menor, aunque mejoraría la
operación del equipo.
Si está apoyado en llama directa se pueden alcanzar valores del COP de 1,4 y 1,7, y la temperatura en el
generador debe alcanzar los 200º C; aunque aún no son muy extendidas hay pocos fabricantes que lo
desarrollan y comercializan como KAWASAKI, HITACHI Y THERMAX, en la Figura 3.27 se presenta
la máquina de absorción triple efecto de HITACHI.
3.5.2.
CICLO GAX.
Este ciclo es una mejora del ciclo de simple efecto NH3 – H2O funcionando a dos niveles de presión, su
singularidad consiste en la comunicación térmica de absorbedor y generador ya que trata de aprovechar el
solapamiento de temperaturas entre generador y absorbedor cuando la temperatura del primero es lo
suficientemente alta, para transferir energía desde la parte caliente del absorbedor hacia la parte fría del
generador mediante un intercambiador de calor, reduciendo así la necesidad de aporte energético exterior
y mejorando el rendimiento del ciclo, ya que ese calor extraído ya no tiene que eliminarse del absorbedor
por medio del agente externo de disipación. En la Figura 3.28 se representa el diagrama del ciclo GAX.
100
PROYECTO FIN DE CARRERA.
ANÁLISIS DE LOS SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN SOLAR POR ABSORCIÓN.
Las compañías CARRIER y ROBUR han estado desarrollando por separado pequeñas unidades bombas
de calor con la tecnología GAX.
Figura 3.27 . Máquina de absorción triple efecto.
Figura 3.28. Máquina de absorción tipo GAX.
3.5.3.
EQUIPOS ROTATIVOS.
En este caso, la fase de investigación y desarrollo ya ha sido superada y ya existen maquinas con
absorción rotativa, su funcionamiento se basa en el aumento de los coeficientes de transferencia de masa
y calor debido a las fuerzas gravitatorias generadas por rotación.
Este concepto fue constatado en los años 70 por ICI, una compañía inglesa fabricante de productos
químicos. En el año 1993 se creó Interotex Ltd, empresa participada por British Gas, Gas Natural, Fagor y
Lennox, para desarrollar equipos a partir del fenómeno demostrado por ICI. Fue en el año 2000 cuando la
compañía Rotartica compró las licencias y el know-how a sus anteriores propietarios y comenzó a
fabricar sus equipos.
101
PROYECTO FIN DE CARRERA.
ANÁLISIS DE LOS SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN SOLAR POR ABSORCIÓN.
La máquina aplica los principios de la absorción pero en una unidad generadora rotativa, con distintas
cámaras de vacío. En el caso de simple efecto la unidad está rotando a 260 rpm.
Con este efecto se consigue la mejora de los procesos de transferencia de masa y calor. Gracias a esto se
puede disminuir su tamaño y peso de la unidad generadora y la efectividad del sistema crece de manera
importante. Otra ventaja es el incremento del salto térmico (T agua caliente salida – T agua fría de salida)
con lo que se elimina la necesidad imperativa de instalar torre de refrigeración y con ello el peligro de
proliferación de la Legionella por tanto usan un sistema de condensación por aire denominado recooling.
Este sistema consiste en un intercambiador de calor interno (un serpentín aleteado) por el que circula
agua. El calor de absorción y de condensación se transfiere al agua, y desde el agua al aire impulsado por
un ventilador.
La fuente de energía es agua caliente a una temperatura nominal de entrada de 90º C exigiendo una
potencia en el generador de 6,7 kW. El agua de enfriamiento sale del evaporador a una temperatura entre
12º C y 22º C (para temperaturas exteriores entre 30 y 40º C) y se hace circular a través de un fancoil para
enfriar el aire del edificio. La máquina deja de producir frío cuando la temperatura de entrada de agua
caliente no está dentro del rango 80º C-105º C o bien cuando los caudales de agua de alguno de los tres
circuitos no son los adecuados.
Actualmente es comercializada por la empresa ROTARTICA en unidades de potencia nominal 4,5 kW y
un COP de refrigeración de 0,7.
Figura 3.29. Máquinas con absorción rotativa Rotartica.
3.5.4.
CICLO DE ABSORCIÓN – DIFUSIÓN.
Denominado también sistema Servel – Electrolux. Su principal modificación radica en la incorporación
de un gas inerte (que en la mayoría de casos es el hidrógeno) en las máquinas de absorción de NH3 – H2O
de forma que se mantenga la presión constante en todo el circuito. Así las zonas que en el sistema simple
de absorción eran de alta y baja presión, se mantienen constante en este sistema. También es necesaria
una bomba de burbujeo que produce el vapor de amoniaco y desplaza la solución pobre hacia el
absorbedor.
La presión total, suma de las presiones parciales del amoniaco y del hidrógeno es constante en todos los
puntos del sistema y por lo tanto no hay necesidad de ningún tipo de válvulas. El papel de la válvula viene
desempeñado por el hidrógeno que existe en el evaporador a presión suficiente para que el amoniaco
disminuya su presión parcial por debajo de la de saturación y pueda evaporarse rápidamente.
102
PROYECTO FIN DE CARRERA.
ANÁLISIS DE LOS SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN SOLAR POR ABSORCIÓN.
El circuito del gas inerte involucra al evaporador, al absorbedor y un intercambiador de gases, la mezcla
gaseosa de Amoniaco – Hidrogeno circula por este circuito de gas por el efecto de termosifón, tiene un
COP que varía de 0,2 a 0,4.
Aplicaciones en los refrigeradores domésticos apareció en el mercado en 1938 pero fue desplazado por
los refrigeradores con compresores eléctricos.
Figura 3.30. Esquema de funcionamiento de una máquina de absorción- difusión.
3.5.5.
GENERADOR TERMOQUÍMICO O TRIPLE ESTADO.
Patentado por ClimateWell en el 2000. El sistema funciona en condiciones de vacío con un par de
BrLi/H2O. El sistema dispone de dos sistemas paralelos que operan intermitentemente entre etapas de
carga y descarga. A diferencia de otros sistemas, en la deserción el sistema se acerca a la saturación y
llegando a la formación de cristales sólidos que hacen que el sistema se almacene energía a través del
proceso. A diferencia de la mayoría de los sistemas, que evitan la cristalización, el sistema TCA
(generador termoquímico) lo utiliza. Este sistema presenta, de esta forma, una mayor densidad energética,
así como una mejor transferencia de calor y masa en los procesos.
3.5.6.
CICLO DE ABSORCIÓN ABIERTO.
La mayor diferencia de este sistema radica en que no hay un condensador. La solución débil se
reconcentra en un proceso de evaporación en un captador. La solución concentrada se calienta hasta
evaporar el agua, entonces la presión de vapor del refrigerante y la concentración del absorbente aumenta.
Un inconveniente es que el refrigerante del sistema debe poder liberarse al medio ambiente, dado que al
evaporase se libera al aire.
3.5.7.
CICLOS INTERMITENTES.
El principio de estos ciclos radica en los tradicionales de absorción, aunque en estos el captador solar se
utiliza como generador y no hay bombas. Hay dos procesos principales, el de generación y el de
refrigeración, constituye una alternativa a los sistemas continuos, los trabajos realizados sobre estos ciclos
se han dirigido principalmente a la refrigeración para la conservación de alimentos, más que a los
103
PROYECTO FIN DE CARRERA.
ANÁLISIS DE LOS SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN SOLAR POR ABSORCIÓN.
sistemas de climatización. Los sistemas refrigerante – absorbente utilizados en estos ciclos son mezclas
NH3 – H2O y NH3 – NaSCN, este último el absorbente es una solución de NaSCN en NH 3.
3.6.
FABRICANTES.
Se resumen en este apartado las características de los equipos de absorción de los principales fabricantes,
clasificándolos en función de la potencia del equipo y del sistema de condensación.
3.6.1.
LAS MÁQUINAS DE ABSORCIÓN DE PEQUEÑA POTENCIA.
Dentro de ellas se resumen las máquinas condensadas por aire, por agua así como las máquinas de simple
y doble efecto principalmente.
a) CONDENSADAS POR AIRE.
La mayor parte de los fabricantes de máquinas de absorción se encuentran en Asia, concretamente en
China y Japón. Por otro lado, los esfuerzos por desarrollar la tecnología de absorción condensada por aire
están teniendo lugar en EE.UU., Europa y Japón. En la actualidad sólo hay dos empresas que estén
comercializando máquinas de absorción de BrLi/H2O condensadas por aire: YAZAKI y ROTARTICA y
la empresa ROBUR que trabaja con NH3/H2O.

Máquina de absorción Yazaki de doble efecto de BrLi/H2O de 28 kW condensada por aire.
Yazaki lanzó al mercado a principios de los años 90 la Yazaki ACH-8, una máquina de absorción de
BrLi/H2O de doble efecto condensada por aire, accionada mediante gas natural. La potencia de este
modelo es de 28 kW, con un COP de 0,85 a una temperatura ambiente de 35º C. El tamaño de la
máquina es considerable (4,4 m3), debido al tamaño de los intercambiadores de calor, y sus ventas en
el mercado han sido discretas. En el año 2000 Yazaki patentó una nueva disolución para trabajar en
esta máquina: BrLi/LiCl/LiNO3/agua, a día de hoy este nuevo modelo todavía no ha visto la luz.

Máquina de absorción Rotartica de simple efecto de BrLi/H2O de 4,5 kW condensada por aire.
Por otro lado, Rotartica ha lanzado al mercado una máquina de BrLi/agua de simple efecto de 4,5 kW
de potencia nominal de frío y un COP de 0,7; diseñada para funcionar con energía solar y con un
sistema de condensación por aire denominado recooling.

Máquina de absorción Robur tipo GAX de NH3/H2O de 15 kW condensada por aire.
Comercializan de una máquina de absorción tipo GAX (Generator Absorber Exchange) condensada
por aire y con una potencia de 15 kW. La máquina Robur es accionada mediante combustibles fósiles
y su volumen (1,4 m3) es competitivo con referencia a las de compresión mecánica. Su COP es de 0,7
para una temperatura ambiente de 35º C.
Cabe indicar que se ha investigado mucho por conseguir una máquina de absorción BrLi/H 2O condensada
por aire, a continuación se resumen los esfuerzos realizados tanto desde el punto de vista de las empresas
de refrigeración como de los propios centros de investigación en las Tablas 3.2 y 3.3.
Con la excepción de Yazaki y Rotartica, ninguno de estos esfuerzos condujeron a un producto
comercializado, aunque el proyecto TU Delft está todavía en curso. Sin embargo, el interés por
comercializar máquinas de absorción condensadas por aire se ha mantenido presente. En la Tabla 3.2 se
muestran algunas patentes realizadas hasta la fecha con máquinas de absorción condensadas por aire.
104
PROYECTO FIN DE CARRERA.
ANÁLISIS DE LOS SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN SOLAR POR ABSORCIÓN.
Tabla 3.1. Instalaciones con máquinas condensadas por aire.
Inventores
País
Título
Innovación
Año
Sanyo Electric Co. Ltd
Japón
Air cooled type absorption refrigerating machine
Absorbedores multiples
Aumento de área de intercambio de calor en
absorbedor
Recipiente de refrigerante para controlar su
flujo en función de la temperatura ambiente
Método para diluir la disolución concentrada
y evitar la cristalización
1989
Sanyo Electric Co. Ltd
Air cooled double effect absorption refrigerating machine
Tokio Gas Co. Ltd
Japón
Method and apparatus for controlling operation of air
conditioning plan using absorption type refrigerator
Yazaki Corp
Japón
Absorption refrigeration machine
GEA Luftkuehle Happel GMBH
Alemania
Daikin Ind. Ltd
Japón
Air-cooled Absorber
Intercambiador de calor
1999
Daikin Ind. Ltd
Japón
Air-Cooled Absorption Type Refrigerating Apparatus
Se mejora el flujo de aire de refrigeración
2000
Yazaki Corp.
Japón
Absorbing solution for absorption refrigerating machine and
absorption refrigerating machine
Química
2000
Univ. Of Utah
USA
Absorption Heat Pumps Having Improved Efficiency Using a
Crystallization-Inhibiting Additive
Inhibidor de la cristalización
2001
Univ. Of Utah
USA
Method of Improving the Efficiency of Absorption Heat
Pumps Using a Crystallization- Inhibiting Additive
Inhibidor de la cristalización
2002
Rinnai Corp.
Japón
Hybrid air – conditioner
Izquierdo M.
España
Máquina de absorción de LiBr – H2 O de simple efecto
Izquierdo M. y Martín E.
España
Máquina de absorción de LiBr – H2 O de doble efecto
Izquierdo M. Martín E. y Palacios E. España Japón USA
System for Controlling Cold Absorption Unit for Air Chilling Limitar la caída en temperatura de la solución
Units
de refrigerante para evitar cristalización
Absorber and absorber- evaporator assembly for absorption
machines
Ciclo de compresión de vapor para eliminar el
calor del absorbedor
Condensación directamente por aire con
absorbedor adiabático de láminas
Condensación directamente por aire con
absorbedor adiabático de láminas
Absorbedor adiabático de láminas planas
Tabla 3.2. Patentes y prototipos de máquinas condensadas por aire.
105
1989
1994
1994
1997
2004
2009
2009
2009
PROYECTO FIN DE CARRERA.
ANÁLISIS DE LOS SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN SOLAR POR ABSORCIÓN.
b) CONDENSADAS POR AGUA.
En este apartado se analizan las máquinas de absorción de pequeña potencia que están condensadas por
agua y que están operativas en el mercado.
SIMPLE EFECTO.
Los principales modelos de máquinas de absorción de simple efecto condensados por agua de baja
potencia que están operando actualmente en el mercado son los que se resumen en la Tabla 3.3.
Tabla 3.3. Máquinas de simple efecto de pequeña potencia y condensadas por agua operando en el mercado.
Se mencionan también algunas máquinas que no aparecen en la tabla anterior como la máquina de
absorción Pink de NH3/H2O condensadas por agua marca, austriaca relacionada con SolarNext con una
capacidad de 6 a 20 kW de potencia nominal. Es un equipo nuevo en el mercado, que tiene sus dos
primeras instalaciones en Suiza y Austria.
EFECTO MITAD.
Erickson (1995) desarrolló una máquina de efecto mitad de NH3/H2O condensada por agua para la
producción de hielo en Alaska. Fue diseñada para ser usada en los pequeños pueblos de pescadores en
Alaska que viven aislados y alejados de las ciudades. Esta máquina funciona con calores residuales
procedente de la combustión de motores.
106
PROYECTO FIN DE CARRERA.
ANÁLISIS DE LOS SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN SOLAR POR ABSORCIÓN.
La empresa Entropie también ha sacado al mercado una máquina de efecto mitad accionada con
temperaturas en el generador entre 60-80º C, pero no se ha encontrado más información.
DOBLE EFECTO.
En la Tabla 3.4 se presentan dos modelos que están operando en el mercado. Cabe destacar que la
máquina Rinnai/Oska, a pesar de estar oficialmente en el mercado y presentar unas características de
funcionamiento muy buenas, ha sido imposible localizarla, lo cual lleva a pensar que su difusión ha sido
más bien escasa debido a algún tipo de contratiempo.
Tabla 3.4. Máquinas de doble efecto de pequeña potencia y condensadas por agua operando en el mercado.
c)
RESUMEN DE LAS MAQUINAS DE PEQUEÑA POTENCIA.
En la Tabla 3.5 se presenta un resumen las máquinas de absorción de baja potencia condensadas por agua
y por aire con sus características más importantes.
Dentro de ellas puede verse que el rango de potencias varía desde 4,5 hasta los 35 kW, pero la mayoría
utilizan potencias menores que 15 kW, el COP medio de la mayoría de las maquinas es de 0,7; y el par de
fluidos de trabajo más utilizados son LiBr/H2O.
Puede observarse que las maquinas con mayores dimensiones son las máquinas de THERMAX y la
EAW, y las de menor dimensiones son las de ROTARTICA y YAZAKI, un ratio promedio según
dimensiones y la potencia a partir de los datos de la tabla 0,26 m3/kW, con respecto al peso las máquinas
menos pesadas son las de ROTARTICA con 290 kg, también puede obtenerse un ratio de peso potencia
nominal que resulta 42,5 Kg/kW.
107
PROYECTO FIN DE CARRERA.
ANÁLISIS DE LOS SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN SOLAR POR ABSORCIÓN.
Potencia
Par
refrigeración absorbente (kW)
refrigerante.
Fuente de
calor (ºC)
COP
Dimensiones
(L x D x H)
Peso (kg)
LiBr / H2 O
88 - 83
0,7
0,60 x 0,80 x
1,77
420
35
LiBr / H2 O
90 - 85
0,7
Wegracal SE15
15
LiBr / H2 O
90 - 80
0,7
---
10
LiBr / H2 O
95 - 85
Fabricante
Producto
YAZAKI (Japón)
WFC-SC5 /
chilli* WCF 18
17,5
THERMAX (India)
Cogenie LT
EAW (Alemania)
PHOENIX
1,6 x 1,6 x 2,1
1,75 x 0,76 x
1,75
380
0,7
---
---
90
0,7
1,20 x 0,80 x
1,60
875
150
1,2
----
---
150
1,2
0,60 x 0,60 x
0,40
---
660
CLIMATE WEEL (Suecia)
Climatewell 10
10
BROAD (China)
BH
16
RINNAI/ OSKA (Japón)
----
6,7
YAZAKI (Japón)
Yazaki ACH-8
28
LiBr / H2 O
---
0,85
4,4
---
ROTARTICA (España)
Solar 045
4,5
LiBr / H2 O
90 -85
0,67
1,09 x 0,76 x
1,15
290
ROBUR (Italia)
ACF 60-00
15
H2 O/NH3
10
LiBr / H2 O
75 - 65
0,77
12
H2 O/NH3
85 - 78
0,62
8
H2 O/NH3
80 - 110
0,6
SONNENKLIMA (Alemania) suninverse 10
SOLARNEXT (Alemania)
AOSOL (Portugal)
chilli* PSC12
LiCl/H2 O
LiBr / H2 O
(Doble
efecto)
LiBr / H2 O
(Doble
efecto)
0,7
0,9 x 1,3 x 1,2
1,13 x 0,80 x
1,96
0,80 x 0,60 x
2,20
370
----
----
550
350
Tabla 3.5. Resumen de las máquinas de absorción condensadas por agua y aire de pequeña potencia.
3.6.2.
LAS MÁQUINAS DE ABSORCIÓN DE MEDIA Y ALTA POTENCIA.
En la Tabla 3.6 se resumen las máquinas comercializadas de media y alta potencia. Todas utilizan el par
BrLi-H2O y son condensadas por agua. En España, los distribuidores son: CARRIER, YORK, BROAD,
TRANE, YAZAKI y THERMAX, de los más importantes.
Cabe destacar que estas máquinas se han desarrollado desde hace muchos años para grandes industrias y
grandes edificios pero desde el punto de vista de la refrigeración no son interesantes por su mayor tamaño
y potencia.
108
PROYECTO FIN DE CARRERA.
ANÁLISIS DE LOS SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN SOLAR POR ABSORCIÓN.
Tabla 3.6. Máquinas de absorción de media y alta potencia.
109
PROYECTO FIN DE CARRERA.
ANÁLISIS DE LOS SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN SOLAR POR ABSORCIÓN.
3.6.3
RESUMEN.
Se mencionan en la Figura 3.31 una variación del rango de potencias en el mercado según los principales
fabricantes, teniendo en cuenta que las marcas Robur y Pink trabajan en el rango de temperaturas de
congelación y pocas potencias.
Una de las máquinas más utilizadas en la climatización solar es la WFC SC 10 (35 kW) de la marca
Yazaki, de simple efecto condensada por agua, y máquinas de absorción Thermax.
De esta grafica puede verse que están surgiendo cada vez un mayor número de fabricantes de baja
potencia como ClimateWell, Sonnenklima, Rotartica entre otros; pero ya hay fabricantes que han definido
su rango de trabajo como son York, Carrier, Trane que su tecnología les permite llegar a potencias de más
de 400 kW.
Los que acaparan mayores rangos de potencia para el mercado son EAW, Thermax, Ago, Broad.
Figura 3.31. Variación del rango de potencias disponibles según los fabricantes.
Fuente: “SOLAIR”.
Con respecto al Mercado mundial de máquinas de absorción se prevé que alcance $ 924,2 millones para
el año 2017, impulsado por el aumento de las preocupaciones ambientales, el requisito de bajo costo, alta
eficiencia y sistemas de refrigeración de la necesidad de recortes en los gastos de electricidad.
Además, el aumento de la industrialización y el número de grandes estructuras comerciales lleva la
necesidad de sistemas de refrigeraciones eficaces y seguros que se derivan de las fuentes renovables de
energía. El aumento de la utilización en los mercados mundiales, tales como Asia-Pacífico, Europa y los
EE.UU. impulsará la robusta expansión en el largo plazo. De acuerdo al informe realizado por Global
Industry Analysts, Inc.
3.6.4.
CASO DE REFRIGERACIÓN SOLAR.
Recientemente, algunas compañías se han establecido en el mercado europeo como proveedores de frío
solar para sector residencial, trabajando con pequeña potencia y fundamentalmente en los países del
mediterráneo donde las condiciones climáticas son favorables.
110
PROYECTO FIN DE CARRERA.
ANÁLISIS DE LOS SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN SOLAR POR ABSORCIÓN.
En la Figura 3.32 puede observarse que para el año 2009 la mayoría de instalaciones de refrigeración
solar utilizan maquinas Rotartica, ClimateWell que ambas ocupan casi 57% del total del mercado, es
importante mencionar que estas máquinas son de pequeña potencia que las hacen adecuadas para trabajar
con energía solar.
Figura 3.32. Análisis de mercado, según el número de instalaciones 450, diciembre 2009.
Fuente: IEA Task 38, Sparber & Mugnier, data estimations 2009.
También en la Figura 3.33, se presenta un análisis según la potencia instalada que predominan Otros
fabricantes (Broad, Thermax, LG, Ebara) y Yazaki que juntos marcan 55% de la potencia instalada.
Figura 3.33. Análisis de mercado según la potencia instalada, instalaciones 450 diciembre 2009.
Fuente: IEA Task 38, Sparber & Mugnier, data estimations 2009.
De la Tabla 3.7 se presenta un resumen de todos los fabricantes que se han introducido en el mercado de
refrigeración solar, indicando para cada uno los modelos, potencia frigorífica, fluido de trabajo y COP.
Para elaborar la tabla se han tenido en cuenta solo los modelos de las máquinas que se alimenten por agua
111
PROYECTO FIN DE CARRERA.
ANÁLISIS DE LOS SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN SOLAR POR ABSORCIÓN.
caliente o por vapor de agua, aunque debería realizarse quizás un análisis más detallado de estos equipos
para ver si son o no adecuados en conjunto.
Dentro de la tabla se observa que la mayoría de los fabricantes y maquinas trabajan con LiBr/H2O, y la
mquinas Thermax presentan un mayor rango de potencias.
Fabricante
BROAD
CARRIER
CLIMATE WEEL
EAW
ROTARTICA
SHÜCO
INTERNATIONAL KG
SOLARNEXT
SOLUTION
SLARTECHNIK
GMBH
SONNENKLIMA
Potencia
Par
Producto refrigeración absorbente/
(kW)
refrigerante.
BDS
174 - 23260 LiBr / H2 O
COP
0,78
BS
174 - 23260
LiBr / H2 O
1,34
BDH
151 -20469
LiBr / H2 O
0,75
BH
174 - 23260
LiBr / H2 O
1,34
16LJ
264 - 1846
LiBr / H2 O
0,7
16TJ
352 - 2461
LiBr / H2 O
0,65
16NK
Climatewell
10
Wegracal
SE15
Solar 045
345 - 4652
LiBr / H2 O
*
10
LiCl/H2 O
0,7
15
LiBr / H2 O
0,7
4,5
LiBr / H2 O
0,67
LB 15
15
LiBr / H2 O
0,71
LB 30
chillii
PSC12
30
LiBr / H2 O
0,75
12
H2 O/NH3
0,62
54
LiBr / H2 O
0,75
10
LiBr / H2 O
0,77
EAW SE
50
Suninverse
10
Cogenie
35 -739
LiBr / H2 O
0,69
ProChill
ProChill
B4K (SE)
ProChill
B4K (DE)
ABSC
844 - 4044
LiBr / H2 O
0,69
345 - 6492
LiBr / H2 O
0,7
390 - 5926
LiBr / H2 O
1,2
394 - 1635
LiBr / H2 O
0,63
TRANE
ABSD
2008 - 4821
LiBr / H2 O
0,7
ABTF
1266 - 6053
LiBr / H2 O
1,2
YAZAKI
SERIE S
35 - 105
LiBr / H2 O
0,7
YIA
420 - 4842
LiBr / H2 O
0,69
YPC - ST
1050 - 2373
LiBr / H2 O
1,19
YPC - DF
703 - 2372
LiBr / H2 O
1
THERMAX
YORK
Tabla 3.7. Máquinas de absorción con posibilidad de trabajos con energía solar.
112
PROYECTO FIN DE CARRERA.
ANÁLISIS DE LOS SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN SOLAR POR ABSORCIÓN.
De la Figura 3.34, pueden verse que los mayores valores de COP se alcanzan con máquinas Broad,
Thermax y Trane, y el promedio de los valores de COP es de 0,75 para la mayoría de las máquinas.
Figura 3.34 Comparación de los COP.
En la Figura 3.35 se observa que el fabricante que presentan mayores potencias es Broad, sin embargo la
mayoría de fabricantes trabajan en rangos de 4,5 a 6492 kW, se ve que cada vez aumentan el numero de
fabricantes de menores de 20 kW, y en este caso las maquinas Broad que tienen mayores potencias
consiguen también mayores valores de COP.
Figura 3.35. Comparación según las Potencias máximas de refrigeración.
113
PROYECTO FIN DE CARRERA.
ANÁLISIS DE LOS SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN SOLAR POR ABSORCIÓN.
3.7.
INSTALACIONES DE REFRIGERACIÓN SOLAR POR ABSORCIÓN.
A continuación se presentaran unos datos recogidos en Sparber et al. (2009); donde se recogen datos de
las instalaciones de gran y pequeña escala diferenciándolas por una potencia instalada mayor y menor de
20 kW. La búsqueda de información ha sido un difícil trabajo especialmente para las pequeñas
instalaciones que a menudo son privadas o instalaciones residenciales donde la adquisición de datos es
difícil. De hecho, para los sistemas de pequeña escala, la mayoría de los datos han sido recogidos gracias
a los fabricantes que disponen de la información de las maquinas vendidas por año
Se han identificado 113 sistemas de refrigeración solar de gran escala y 163 sistemas de pequeña escala.
La distribución geográfica de las instalaciones es muy amplia (Figura 3.36): 254 instalaciones están
ubicadas en Europa, 13 en Asia, principalmente en China y Japón, 4 en América (3 en EE.UU. y 1 en
México), 3 en Australia y dos en África (Egipto y Sudáfrica).
Figura 3.36. Distribución de instalaciones por países de sistemas de pequeña y gran escala.
En la Figura 3.3.6 "Otros países" son referidos a Armenia, Australia, Bélgica, Dinamarca, Egipto, Japón,
Kosovo, Liechtenstein, Malta, México, Países Bajos, Singapur, Sudáfrica, Suiza, Siria, Turquía, Reino
Unido, Emiratos Árabes Unidos y EE.UU.
Dentro de las instalaciones se presenta en la Figura 3.37 las de pequeña escala donde la mayoría de
instalaciones están dedicadas a edificios de oficinas o sirven como edificios residenciales ambos
contribuyen al 66% del total de las instalaciones.
Para el caso de las instalaciones a gran escala pueden verse en la Figura 3.388, en su mayoría son
utilizadas para oficinas que su contribución respecto del total corresponde con un 53%; en la Figura 3.38
"Otros servicios" se incluyen: hospitales, comedores, centro deportivo, etc.
114
PROYECTO FIN DE CARRERA.
ANÁLISIS DE LOS SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN SOLAR POR ABSORCIÓN.
Figura 3.37. Distribución de los tipos de instalaciones de pequeña escala.
Figura 3.38. Distribución de tipos de instalaciones de gran escala.
La capacidad de refrigeración global impulsada térmicamente por energía solar calculada en las 268
sistemas es 15,7 MW y la distribución por países el 24,4% se ha instalado en España, 19,5% en Alemania
y un 17,4% en Italia. 14,1 MW de tal capacidad de refrigeración va a los sistemas de gran escala y 1,6
MW para sistemas de pequeña escala. (Figura 3.39).
Dentro de 269 instalaciones, la tecnología de los enfriadores impulsado térmicamente más utilizado es el
basado en el principio de absorción, mientras que los sistemas DEC (Absorción ruedas de secantes) se
sólo se utiliza en aplicaciones de gran tamaño ver Figura 3.40.
115
PROYECTO FIN DE CARRERA.
ANÁLISIS DE LOS SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN SOLAR POR ABSORCIÓN.
Figura 3.39. Distribución de la potencia total instalada por países.
Figura 3.40. Distribución según la tecnología utilizada.
A continuación se presenta las estadísticas de diversos estudios que han sido realizados en refrigeración
solar sobre el número de instalaciones y se observa que existe un crecimiento a lo largo de los años ver
Figura 3.41, este crecimiento ha sido más significativa en algunos países, como España, Italia y Francia.
Se resumen a continuación algunos ejemplos de instalaciones, identificando los parámetros más
relevantes de la instalación así como una breve descripción de las mismas.
116
PROYECTO FIN DE CARRERA.
ANÁLISIS DE LOS SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN SOLAR POR ABSORCIÓN.
Figura 3.41. Estadísticas del número de instalaciones según los diferentes proyectos realizados.
117
PROYECTO FIN DE CARRERA.
ANÁLISIS DE LOS SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN SOLAR POR ABSORCIÓN.
CANADÁ: “INSTALACIÓN DE REFRIGERACIÓN SOLAR PARA UNA RESIDENCIA DE LA
TERCERA EDAD”.
Figura 3.42. Oxford Gargens Retirement village.
El proyecto fue propuesto por un consorcio de empresas alemanas y canadienses: el fabricante de los
captadores de tubos de vacío Narva Comercio Solartechnik y la empresa Entwicklungs-und Vertriebs
GmbH, ambos de Alemania, así como su socio de ventas en América del Norte, Proterra Solar. Del lado
de los socios en el lado canadiense, además, incluye la constructora especializada Trigon Gestión de la
Construcción e instalación de empresas de fontanería y Zolarayz Oxford.
Se inauguró el 9 de noviembre de 2010 se trata de la instalación más grande en Canadá en Ontario
suministra calefacción y refrigeración solar a la residencia para la tercera edad “Oxford Gardens
Retirement Village”. La instalación térmica solar se adhirió a la ya existente red central de abastecimiento
de refrigeración de la antigua instalación, reduciendo así el consumo de electricidad de las máquinas de
refrigeración.
Cuando el calor que generan los captadores supera la energía necesaria para el funcionamiento del
sistema de refrigeración por absorción, este calor se utiliza para la reducción del consumo de energía
necesario para el calentamiento del agua potable y del agua en piscinas. En épocas frías, la instalación
solar también suministra energía para la calefacción y puede cubrir en un 100 % el abastecimiento de
energía de una piscina cubierta y en un 10 % la demanda total de calefacción de la residencia.
Características:





162 paneles captadores de tubos de vacío con un total 520 m2 de superficie de captador.
Superficie del edificio de 9.900 m2.
Tanque de precalentamiento solar: 2 x 450 L.
Máquina de absorción Yazaki WFC-5C30 de 105 kW de potencia.
En funcionamiento, que garantiza el ahorro del aire acondicionado hasta un 40%, o aproximadamente
$ 20,000 por año, para el ahorro de calor, hasta un 60% o aproximadamente $ 40.000 por año.
118
PROYECTO FIN DE CARRERA.
ANÁLISIS DE LOS SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN SOLAR POR ABSORCIÓN.
SUDÁFRICA: “SISTEMA DE REFRIGERACIÓN SOLAR PARA EL HOSPITAL MOOT”.
Figura 3.43. Hospital Moot.
En Johannesburgo empresa solar Tecnologías Voltas finalizó junto con el fabricante japonés Yazaki un
acuerdo de importación y distribución de su gama WFC máquina de absorción para una instalación de
refrigeración solar en Sudáfrica.
La planta en el hospital Moot se instaló el 18 de septiembre del 2009 en Pretoria lo hizo como un
proyecto piloto del primer sistema impulsado por agua fría que usa como fuente de energía térmica
la energía solar de Sudáfrica con una capacidad de enfriamiento de 35 kW.
El aire acondicionado cumple una función imprescindible para el hospital, no sólo en las salas para
mantener cómodos a los pacientes, sino también para el caso de los quirófanos, donde el aire
acondicionado es vital para el éxito de las cirugías. La energía producida por la planta solar está entre los
35 kW y 48 kW, y la ambición es ampliar el proyecto para llegar a alrededor de 170 kW a 200 kW.
Características:



50 captadores y temperaturas del agua de hasta 120º C.
Dos grandes tanques de almacenamiento 6 000 L.
La máquina de absorción de simple efecto Yazaki de 35 kW de potencia frigorífica.
119
PROYECTO FIN DE CARRERA.
ANÁLISIS DE LOS SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN SOLAR POR ABSORCIÓN.
DUBAI: “INSTALACIÓN DE REFRIGERACIÓN SOLAR, EN LAS OFICINAS DE ESAB”.
Figura 3.44. Oficinas de ESAB.
ESAB, proveedor mundial líder de productos de soldadura con sede en Dubai, ESAB impulsó la
inversión, el cual ha sido financiado en su totalidad de fuentes privadas de una instalación de 161 m2 de
captadores de tubos de vacío proporcionar el calor suficiente para 6 máquinas de absorción de pequeño
tamaño de la empresa sueca ClimateWell bajo el ardiente sol de Dubai, Emiratos Árabes Unidos.
El nuevo edificio finalizó en verano del 2010, es una estructura de escaparate de un sistema de
refrigeración solar eficiente. La instalación ha recibido los Premio Best Green de ConstructionWeek
Online a la mejor construcción sostenible, la certificación LEED Platinum de Green Building Council de
EEUU. y fue galardonado con el premio al “Mejor edificio verde en el Oriente Medio” por Construction
Weekly en agosto de 2010.
La energía que aporta el sistema ClimateWell es distribuida a todo el edificio mediante un sistema de
distribución innovador denominado sistema Hollow Core Slab. Este sistema distribuye el aire enfriado
previamente por los sistemas ClimateWell a través de los conductos alojados en las losas de hormigón,
siendo esta energía aportada directamente al edificio. Como consecuencia al reducir el consumo
energético del edificio. Las máquinas de refrigeración deben de cubrir la mitad de la demanda de
refrigeración de 6 000 m 2 de la construcción del edificio de oficinas y almacén de ESAB. La cuota anual
del sistema solar se estima en un 50% de la demanda ya reducida de enfriamiento. "Dependiendo de la
temporada, la participación de refrigeración solar va a variar entre un 30 y un 100% de la carga total de
enfriamiento".
Características:



Una superficie de captadores de 161 m2 de captadores de tubos de vacío.
Requiere 6 máquinas de absorción ClimateWell con una capacidad de 10 kW.
Reducción de emisiones de CO2 de 1 050 toneladas de CO2 al año, El sistema de ventilación reduce
la demanda de frío en 961 000 kWh al año.
120
PROYECTO FIN DE CARRERA.
ANÁLISIS DE LOS SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN SOLAR POR ABSORCIÓN.
INDIA: “SISTEMA DE REFRIGERACIÓN SOLAR CON UNA MAQUINA DE TRIPLE
EFECTO, EN LAS OFICINAS DEL CENTRO DE ENERGÍA SOLAR EN GURGAON”.
Figura 3.45. Máquina de triple efecto Thermax.
Thermax ha diseñado y puesto en marcha el primer sistema de aire acondicionado solar en su tipo en el
Centro de Energía Solar en Gurgaon, Haryana.
Con fecha a 06 de julio 2011, esta instalación innovadora debido a que por primera vez en el mundo
instalada, Thermax ha integrado un enfriador de triple efecto con tecnología solar. Mientras que los
sistemas convencionales de energía solar ocupan una gran superficie para la producción de refrigeración,
el proyecto Thermax través de la I + D ha logrado una reducción significativa del espacio de cerca de
30% y un aumento del 20% en la eficiencia de enfriamiento. Esto ha reducido los costos y se trasladó el
proyecto más cercano a la comercialización.
El sistema ha sido construido para satisfacer la demanda de refrigeración de 13 habitaciones en el Centro
de Energía Solar muy frecuentadas. Los captadores solares Thermax han sido diseñados específicamente
para proporcionar agua caliente a presión entre 140 y 210° C. La máquina de absorción utiliza agua
caliente o vapor caliente como fuente de energía, o puede ser alimentado por otros combustibles, como
gas, kerosene o aceite. La flexibilidad del enfriador tiene la ventaja de permitir la operación continua del
sistema, incluso cuando no soleada horas. Los captadores solares están efectivamente integrados con una
máquina de efecto de nuevo diseño triple. Ofrece el más alto COP en los mercados globales de hoy, el
nuevo enfriador ofrece un gran avance tecnológico para aplicaciones solares.
Características:



Máquina de absorción BrLi/H2O de triple efecto de 100 kW
El área de captación son de 288 m2 se ha utilizado captadores cilindro parabólicos de concentración
que proporcionan agua caliente a presión entre 140 y 210° C.
Almacenamiento se realiza con materiales de cambio de fase.
121
PROYECTO FIN DE CARRERA.
ANÁLISIS DE LOS SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN SOLAR POR ABSORCIÓN.
SINGAPUR: “TECNOLOGÍA SOLAR PARA LA CLIMATIZACIÓN DEL COLEGIO MUNDO
UNIDO (UWC) EN SINGAPUR”.
Figura 3.46. Colegio mundo unido.
Singapur es uno de los países líderes en cuanto al uso de las nuevas tecnologías. Para atender la demanda
creciente de alumnado, se diseñó para el Colegio del Mundo Unido del Sudeste de Asia, un segundo
campus con un sistema de energía solar térmica. Este nuevo campus, fue diseñado con la ayuda del
sistema de LST SÓLIDOS empresa austriaca, está diseñado para satisfacer las normas construcción de
Singapur la Autoridad de Construcción (BCA).
Con fecha de inauguración en abril del 2011 este campus tiene la superficie de captación de 3.900 m2
con los que es capaz de generar una superficie a lo largo de su vida funcional (más de 25 años)
aproximadamente de unos 2200 MWh / año. El campus tiene la mayor planta de refrigeración solar en
el mundo en superficie de captación y probablemente también la primera y única escuela en el mundo
utilizando una combinación de (AC + agua caliente) del sistema alimentado por energía renovable.
El diseño del sistema pude alcanzar hasta el 100% de la demanda de ACS de la escuela y completar el
sistema de enfriamiento convencional de hasta 450 toneladas (1575 kW) en carga de refrigeración. Este
sistema garantiza tanto el aire acondicionado y calefacción de agua para el campus. Los 76 000 m2 en el
2500 estudiantes disfrutaran de un mejor confort, se inauguró en abril del 2011. El colegio dispondrá de
una amplia gama de servicios tales como estudios, talleres, salas de teatro, bibliotecas, laboratorios,
instalaciones deportivas, comedores, condominios, etc y por supuesto una variedad de espacios verdes.
Características:



Superficie de captación es de 3.900 m2, con captadores de alta eficiencia "Gluatmugl".
Máquina de absorción: Phoenix de 1 500 kW.
Una inversión de alrededor de 4 millones de euros financiados por Raiffeisen- Landesbank de
Steiermark (RLB-Stmk).
122
PROYECTO FIN DE CARRERA.
ANÁLISIS DE LOS SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN SOLAR POR ABSORCIÓN.
AUSTRALIA: “SISTEMA DE REFRIGERACIÓN SOLAR EN EL HOSPITAL PÚBLICO DE
ECHUCA”.
Figura 3.47. Hospital de Echuca.
Un proyecto importante en Australia promovido por su gobierno de acoplamiento de energía solar para
refrigeración en un hospital, el diseño detallado se llevó a cabo por la empresa de ingeniería WSP
Lincolne Scott, Greenland System’s se adjudicó el contrato para suministrar los captadores solares y la
instalación se completó por el equipo de ingeniería de Echuca Hospital.
Este proyecto está en funcionamiento desde marzo del 2011. La instalación de refrigeración solarasistida es un proyecto de la Salud en la región de Echuca, un hospital público de Echuca, ubicado al
norte de la ciudad de Melbourne.” El sistema de Echuca consta de 102 tubos de vacío para calentar
agua a 95° C, que se puede pasar a través de una máquina de absorción para proporcionar una
refrigeración de tres plantas del hospital, incluyendo quirófanos y salas de los hospitales. Cuando la
máquina de absorción no está en uso, el agua caliente producida por el campo de captadores satisface la
demanda de agua caliente sanitaria o se almacenan en tanques de agua caliente.
El hospital cuenta con excelentes recursos solares sin contar con los beneficios del ahorro dinero en la
energía. El ahorro total anual se espera que sean alrededor de US $ 60.000 por año, con una reducción de
los gases de efecto invernadero de 1.400 toneladas de CO 2 equivalente.
Características:




Sistema de captación usa 102 tubos de vacío para calentar agua a 95° C, con un área de 300 m2.
Máquina de absorción Broad 500 kW produce agua fría a 6º C.
Costo proyecto: $2191000.
Con una reducción de los gases de efecto invernadero de 1.400 toneladas de CO 2 equivalente.
123
PROYECTO FIN DE CARRERA.
ANÁLISIS DE LOS SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN SOLAR POR ABSORCIÓN.
U.S.A.: “SISTEMA DE REFRIGERACIÓN SOLAR QUE UTILIZA EL PRIMER HÍBRIDO
SOLAR - FOTOVOLTAICA DEL MUNDO”.
Figura 3.48. Instalación de la universidad de Santa Clara.
El proyecto se basa en la investigación híbrida del receptor fotovoltaico, Chromasun ha trabajado y
desarrollado junto con las Universidades Nacional Australiana y la Universidad de Nueva Gales del Sur.
Receptores híbridos fueron desarrollados e instalados por las normas de Chromasun MCT y luego
montado para las pruebas y la recogida de datos en la Casa Solar Decathlon 2007 en la Universidad de
Santa Clara en San José, CA.
Se ha instalado la primera instalación del mundo, de un panel fotovoltaico híbrido acoplado con un
sistema de refrigeración solar térmica. El proyecto fue implementado en San José, California, en
septiembre de 2011. Este proyecto es el primero de su tipo y utiliza el recientemente desarrollado por
Chromasun mediante el uso de la energía del sol para generar electricidad y luego desviando el calor
residual para conducir una máquina de absorción, con el nuevo modelo de paneles fotovoltaicos pueden
entregar más energía útil de lo que ya era posible.
Esta tecnología es especialmente útil para las instalaciones que trabajes con electricidad y grandes cargas
de enfriamiento. En comparación con los paneles fotovoltaicos tradicionales sólo podrán recoger el 15%
de la energía del sol, las nuevas tecnologías híbridas obtiene más del 75%.
Características:



Los captadores MCT híbridos calienta el agua a una temperatura de 91º C.
Un inversor Sunny Boy, se suministra 250 W de electricidad a DC del inversor.
Utilizan una enfriadora de Yazaki 5RT un solo efecto.
124
PROYECTO FIN DE CARRERA.
ANÁLISIS DE LOS SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN SOLAR POR ABSORCIÓN.
QATAR:”SISTEMA DE REFRIGERACIÓN SOLAR PARA 500 ASIENTOS, EL ESTADIO
LUSAIL ICONIC EN QATAR”.
Figura 3.49. Estadio Lusail Iconic.
Para el final de la 2022 FIFA Copa Mundial de Fútbol cerca de 86.000 espectadores se reunirán en el
Estadio Lusail Iconic en Qatar. Según lo previsto, el estadio es sin duda un icono. El diseño de Foster +
Partners incluye las curvas de barrido evocador de las velas de un barco tradicional, pero para nuestro
caso es que también una importante instalación de refrigeración solar térmica. El jeque Mohammed bin
Hamad bin Khalifa Al Thani, presidente de la Oferta Qatar 2022, habría dicho: "El estadio inspire a una
nueva generación de instalaciones deportivas regionales e internacionales, la incorporación de las
tecnologías de refrigeración con el medio ambiente para asegurar las condiciones ideales para los
jugadores y espectadores por igual. El diseño del estadio proporciona a los aficionados con vistas al
óptimo de la acción en un entorno fresco y cómodo."
Abriendo camino para que el desarrollo principal se ha diseñado por Arup Associates, "estadio modelo"
de 500 plazas en cuestión para comprobar las características y operación del sistema de refrigeración
solar térmica. Servir como una prueba de concepto, que se espera que actúe como plataforma de
desarrollo para perfeccionar las tecnologías de aplicación a través de Qatar, en el estadio icónico Lusail y
potencialmente en todas las regiones áridas.
El campo de la energía solar térmica, suministrada por la ingeniería alemana y fabricación grupo Mirroxx
GmbH, cuenta un solo eje de seguimiento concentran la energía solar, Schott PTR ®, 70 tubos de vacío
absorbente para calentar el líquido, que se presuriza a 16 bar, a unos 200º C. Con una superficie de
apertura total de 1 400 m², los captadores se han valorado en 700 kW. El sistema cuenta con módulos que
son de 4 metros de largo y 8 metros de ancho con 11 filas de espejo primario y utiliza espejos planos de
vidrio templado de color blanco y un reflector de aluminio pulido.
Características:



Máquina de doble efecto de BrLi/H2O Thermax.
Utilizan captadores lineales de fresnel con un área de captación de 1 400 m2.
El calor sobrante se almacena en tanques para su uso en la noche.
125
PROYECTO FIN DE CARRERA.
ANÁLISIS DE LOS SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN SOLAR POR ABSORCIÓN.
ITALIA: “SISTEMA DE REFRIGERACIÓN SOLAR DE METRO CASH & CARRY EN
ITALIA”.
Figura 3.50. Sistema de refrigeración Metro Cash& Carry.
Metro Cash & Carry Italia abrió su primer sistema de refrigeración solar impulsado Claudio Scajolael
ministro italiano para el desarrollo económico, inauguró el proyecto de innovación, ahorro de energía en
Roma. La instalación en Roma forma parte del proyecto del Metro de "Ahorro de Energía Hoy". Su
objetivo es optimizar el rendimiento de la tecnología de almacenamiento y por lo tanto reducir el
consumo de energía.
La instalación se inauguró el verano del 2008; utiliza la energía solar en sus tiendas, con sus 3 000 m2 de
captadores solares proporcionado por el grupo italiano Riello este sistema en el techo de la tienda es una
de las más grandes de Italia. Con la instalación del sistema de refrigeración solar, que reduce el
consumo de energía en la tienda en un 12% y por tanto reduce los nuestros costos de funcionamiento.
El sistema de refrigeración solar térmica se basa en la tecnología y know-how de todo el mundo. El
sistema fue diseñado por los servicios de la empresa británica de ingeniería AP. El enfriador, con una
potencia de 700 kW, fue proporcionada por el Carrier Corporation empresa de los Estados Unidos de
América, líder en las áreas de calefacción, ventilación, aire acondicionado y. La torre de enfriamiento fue
provisionada por Evapco Europa, un especialista en equipos de refrigeración industrial y comercial, con
sede en Bélgica e Italia.
Características:



Área de superficie de captadores solares 3 000 m2.
Máquina de absorción Carrier Corporation de 700 kW.
Con la instalación del sistema de refrigeración solar, que reduce el consumo de nuestra tienda de
energía en un 12% y por lo tanto puede reducir nuestros costos de funcionamiento.
126
PROYECTO FIN DE CARRERA.
ANÁLISIS DE LOS SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN SOLAR POR ABSORCIÓN.
SUECIA: “ELECTRICIDAD SOLAR, CALEFACCIÓN Y AIRE ACONDICIONADO PARA UN
HOSPITAL LOCAL”.
Figura 3.51. Hospital de Hämösand.
La instalación en el hospital local en Härnösand, un pequeño pueblo en la isla Härnön de la costa oeste de
Suecia, financiado por la Fundación para la Investigación sobre la Energía Solar Concentrada (Stiftelsen
för forskning om koncentrerad solenergi), con la ayuda de los fondos de la UE. El sistema es capaz de dar
electricidad solar, sistema de calefacción y refrigeración fue inaugurado en mayo de 2010 es el
primero de su tipo en el mundo, debido a los captadores híbridos suministrado por Absolicon empresa
Sueca. El X10 Absolicon ha sido diseñado para grandes edificios con un sistema de calefacción central,
tales como hoteles, hospitales, fábricas o bloques de pisos.
El sistema de captación producirá a la salida del sistema: 20% de la energía se genera en forma de
electricidad y 80% en forma de calor. Absolicon X10 también posee la certificación Solar Keymark. Se
instalaron en el hospital de techo para alimentar a una máquina de absorción uno de los objetivos del
proyecto de I + D es determinar el grado en que la energía solar va a contribuir a la cobertura de la
calefacción del hospital y las necesidades de refrigeración. El sistema consta de un tanque con sal seca
integrados en la unidad de refrigeración y un tanque de agua fría. El sistema produce calor y electricidad
al precio de 0,11 €/kWh si la subvención a la inversión es un 60%.
Características:



Sistema de captación de 4 unidades de 10 m2 Absolicon X10, el agua se puede calentar hasta 75º C.
El sistema de refrigeración son 4 unidades de ClimateWell 10.
Costo proyecto 400.000 €.
127
PROYECTO FIN DE CARRERA.
ANÁLISIS DE LOS SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN SOLAR POR ABSORCIÓN.
ESPAÑA: “INSTALACIÓN DE FRÍO SOLAR EN EL PROYECTO MEDICOOL”.
La Agencia de Gestión de Energía de la Región de Murcia, organismo dependiente de Consejería de
Universidades, Empresa e Investigación, lidera el proyecto Medicool, enmarcado en el programa LIFE+
de la Unión Europea, y con el que se pretende ejecutar la mayor instalación de frío solar con tubos de
vacío del mundo en los locales de la Hermandad Farmacéutica del Sureste, Hefame.
El objetivo de este proyecto es la puesta en marcha de un sistema de frío solar en el almacén de productos
farmacéuticos que sirva para demostrar y difundir este novedoso sistema de climatización. El frío solar
consiste en la producción de agua fría mediante una máquina de absorción, que utiliza como fuente de
energía agua calentada mediante paneles solares térmicos. El proyecto comenzó el verano del 2011 y se
prolongará hasta el verano de 2014.
Con el proyecto Medicool, se pretende aplicar una solución innovadora para la climatización de grandes
naves de almacenamiento que tengan requerimientos especiales de temperatura, reduciendo los costes de
energía, las emisiones y problemas de los sistemas usados en la actualidad. El proyecto desarrollará una
instalación con una potencia de 2,2 MW para calor y 1,53 MW para frío, y una superficie captadora de
3600 m2, lo que la convierte en la mayor del mundo, porque las más grandes que están funcionando
actualmente tienen una superficie captadora de entre 1.000 y 1.500 m2.
Características:




Superficie de captación de captadores de tubo de vacío 3 600 m2.
El presupuesto del proyecto es de 6 700 000 €.
La instalación permitirá ahorrar 794.827 kWh al año.
Evitar la emisión de 186 toneladas de CO2 anuales.
128
PROYECTO FIN DE CARRERA.
ANÁLISIS DE LOS SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN SOLAR POR ABSORCIÓN.
ESTUDIO COMPARATIVO DE LAS INSTALACIONES.
Se presentan la Tabla 3.8, la Tabla 3.9 y la Tabla 3.10. como un resumen de las instalaciones basándonos
en Sparber et al.(2009), y algunas otras instalaciones encontradas; 94 instalaciones en total con un
resumen de las características fundamentales como el área de captación, el tipo de captador ya sea FP
(placa plana), ETC (tubos de vacío), CPC (Concentrador parabólico compuesto) y PTC (captador
parabólico de seguimiento solar), la potencia nominal de la máquina de absorción y en algunos casos
datos sobre el depósito de almacenamiento y el porcentaje de demanda cubierto por la energía solar.
Con los datos resumidos en las tablas anteriores, se analizan los valores de números índices
representativos con objeto de identificar rangos de valores óptimos en las instalaciones de refrigeración
solar. Como números índices se calculan los siguientes:
Ratio (m2/kW); parámetro que relaciona área de captación y la potencia nominal de la máquina de
absorción. En la Figura 3.52 se puede apreciar el área promedio de captador que es necesarias en ciertas
partes del mundo para producir un kW de potencia nominal en la máquina de absorción.
Figura 3.52. Ratio (m2/kW).
En Europa se obtiene un área de captación de 3,8 m2 para captadores de placa plana y 2,2 m2 en
captadores de tubo de vacío. En Asia se obtiene un área de captador de 3 m2 para captadores de placa
plana y 3,6 m2 de captadores de tubo de vacío. Los resultados obtenidos para Europa son cercanos al
valor teórico que es de 3 m2 de captador placa plana para producir un kW, y por lo general el área de
captador de tubo de vacío es menor al área de captadores de placa plana como puede comprobarse en la
Figura 3.52.
Para Asia no se pueden obtener datos concluyentes por ser muy reducido el número de instalaciones en
comparación con Europa.
Oceanía, África y América no se presentan en la gráfica debido que se cuenta con pocos ejemplos
de instalaciones y los resultados no serían concluyentes; cabe resaltar que para el caso de África, en
particular Sud África, se intuye que el área necesaria podría ser menor que la utilizada en Europa
por la mayor radiación que tendrían y mayor número de horas de sol.
Ratio (L/kW); relaciona al volumen de almacenamiento con la potencia de la máquina de absorción.
129
PROYECTO FIN DE CARRERA.
ANÁLISIS DE LOS SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN SOLAR POR ABSORCIÓN.
Figura 3.53. Ratio (L/kW).
En la Figura 3.53 se observa como el ratio L/kW suele estar por debajo de 300; usualmente para potencias
de la máquina de absorción inferiores a 200 kW, disminuyendo al aumentar la potencia de la máquina.
Ratio (m2/L); parámetro que relaciona el área del captador solar y el volumen de almacenamiento. En la
Figura 3.54 se representa este parámetro para los diferentes tipos de captadores solares analizados.
En la Figura 3.54 sólo aparecen valores para FP y ETC debido a que no se encontraron muchas
instalaciones que trabajen con CPC o PTC.
Figura 3.54. Ratio (m2/L).
En la Figura 3.55 se representa la variación del ratio (m2/L) en captadores FP y ETC frente a la potencia
nominal. Aunque existe una cierta dispersión en los valores representados en la gráfica, se observa como
al aumentar la potencia disminuye el ratio (m2/L), debido a que aumenta el volumen de almacenamiento
cuando lo hace la potencia, en mayor proporción que la superficie de captación.
130
PROYECTO FIN DE CARRERA.
ANÁLISIS DE LOS SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN SOLAR POR ABSORCIÓN.
Figura 3.55. Ratio (m2/L) / P (kW).
Ratio (kW/kWf); parámetro que relaciona el aporte de refrigeración solar por absorción en relación a la
demanda de refrigeración. En la Figura 3.56 se observa como la instalación de refrigeración solar cubre
entre el 15 – 65 % de la demanda. De nuevo la dispersión de valores es importante y algunos ponen en
cuestión la validez de los valores aportados en la bibliografía (ratio igual a la unidad)
Figura 3.56. Contribución de la refrigeración solar a la demanda total.
Debido a que no hay datos suficiente sobre el coste de los elementos o de la instalación completa no
podemos realizar ningún ratio desde el punto de vista económico, pero para dar una idea de ello tomamos
los ratios obtenidos por Deng et al. (2011); donde para las máquinas de absorción de bromuro de litio /
agua el coste oscila aproximadamente de 100 a 450 €/KW; en el caso de las máquinas de absorción de
doble efecto aproximadamente entre 100 a 500 €/KW y por último para la máquina de absorción
amoniaco / agua oscila entre 100 a 550 €/KW, precio mayor que las máquinas de bromuro de litio / agua
pero menor que las máquinas de adsorción; para el caso del precio por metro de captador recordamos la
Figura 2.57, donde presenta una estimación de la evolución del precio de los captadores según el área de
captador.
131
PROYECTO FIN DE CARRERA.
ANÁLISIS DE LOS SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN SOLAR POR ABSORCIÓN.
Pais
Ciudad
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Australia
Australia
Austria
Austria
Austria
Austria
Austria
Austria
Austria
Austria
Austria
Belgio
Ipswich
Melburne
Eberstalzell
Gleisdorf
Gleisdorf
Graz
Haid
Rohrbach
Saxen
St. Veit a.d. Glan
Trofaiach
Brussels
13
Canada
Ontario
14
15
China
China
Beijing
Jiangmen (Canton)
16
China
Qingdao
17
18
China
Cyprus
Rushan (Shandong)
Nicosia
19
Denmark
Skive
20
21
22
23
24
25
Dubai
France
France
France
France
France
Dubai
Argenteuil
Banyuls
Basse Terre (Martinique)
Le Port
Maclas
26
France
Port-Louis (Guadaloupe)
27
28
29
30
31
France
France
France
France
France
Saint Denis (Réunion)
Saint Pierre (Réunion)
Sainte Maxime
Sophia Antipolis
Sophia Antipolis
Nombre de la instalación
Ipswich Hospital
Echuca Hospital
Sunmaster
Rathaus Gleisdorf
Feistritzwerke Gleisdorf
Fa. Para
Ferngas OÖ
BH Rohrbach
Gasokol
General Solar
Raiffeisenbank Trofaiach
Renewable Energy House
Oxford Gardens Retirement
Village
Tianpu
Aplicación
Potencia nominal de la
máquina de refrigeración
(kW)
Área de captación (m2)
FP
ETC
CPC
PTC
Tanque de
almacenamiento (L)
Hospital
Hospital
Office
Office
Office
Office
Office
Office
Office
Office
Office (bank)
Office
300
500
80
35
24
105
70
30
30
35
70
35
Retired people house
105
520
Office
Multiuse
200
100
1018
500
Olympic Village Logistic Center
Logistic/Office center
500
670
Solar Energy Hall
La panadería L’ Amor Rouge
Skive municipal administration
building
office ESAB
Usine Givaudan
Cave GICB
DIREN
TECHNIFROID
Résidence du Lac / SIEL
High Quality Environmental
labelled high school
Kristal - llE DE La Rréunion
IUT St Pierre LPBS
Cultural center
CSTB
Usine GALDERMA
Exhibition hall
bakery
176
70,3
Office
70
Office
Office
Winecellar
Office
Industry
residence
60
105
52
35
35
10
School
175
430
3000
Office
University
Public building
Office & Labo
Office
35
30
35
35
210
90
500
1500
1500
300
1000
570
Potencia de
refrigeración
auxiliar (KW)
70%
35
23%
100
6000
300
1000
240
100
350
85000
4500
20000
2000
1000
4000
9000
1000
18300
4000
70
120
85
77
100
38,3
42,8
315
540
120
265
161
300
130
123
12000
6800
59%
40000
15%
400
30%
1000
none
100%
38%
57
47%
40
100
24
90
90
62
570
28
Tabla 3.8. Parámetros característicos de instalaciones de refrigeración solar por absorción (I)
132
Contribución de la Inst. de
refrigeración solar para la
demanda de refrigeración. (%)
PROYECTO FIN DE CARRERA.
ANÁLISIS DE LOS SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN SOLAR POR ABSORCIÓN.
Pais
Ciudad
32
33
France
France
Talence
Vignola (Corse)
34
Germany
Berlin
35
Germany
Berlin
Nombre de la instalación
Aplicación
Potencia nominal de la
máquina de refrigeración
(kW)
Área de captación (m2)
FP
ETC
CPC
PTC
Contribución de la Inst. de
refrigeración solar para la
demanda de refrigeración. (%)
Potencia de
refrigeración
auxiliar (KW)
15000
20000
58%
78%
160
10000
8000
8000
12600
32%
930
340
555
145
47%
120
Tanque de
almacenamiento (L)
ISTAB
CRES
Press and Information Centre of
the German Government
Ministery for Traffic, Building and
Housing
Laboratories
Office
35
35
90
90
1500
Office
44
348
1600
Office
70
Paradigma
Office
54
Office
Office
office bank
Office & Labo
Classrooms
Office
Office
Hospital
Office
Hotel
Hotel
70
35
20
58
32
168
35
70
125
105
105
Investigación
100
Education center
Education center
Nurse training center
Firefighters headquarter
Offices
Library
Industry
300
300
250
175
480
280
44
36
Germany
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
Germany
Germany
Germany
Germany
Germany
Greece
Greece
Greece
Greece
Greece
Greece
karlsbadLangensteinbach
Köln
Langenau
Miesbach
Oberhausen
Rodewisch
Athènes
Athènes
Creta
Heraklion
Rethymno
Rethymno
48
Indi
Haryana
49
50
51
52
53
54
55
Italy
Italy
Italy
Italy
Italy
Italy
Italy
Bolzano
Bolzano
Bolzano
Bolzano
Como
Como
Correggio
56
Italy
Imola
57
58
Italy
Italy
Pergine
Roma
Wollferts
Ott & Spies
Raiffeisenbank Miesbach
Fraunhofer Umsicht
IT-school
American college I
Solar Lab Demokritos
Hospital general de Sitia
Ayuntamiento de Kazantzakis
Rethymno Village hotel
Hotel Lentzakis Crete
Solar System Solar Energy Center
in Gurgaon
EURAC
Luigi Einauidi
San Maurizio
Fire Station Bolzano
Como Municipality
Pubblic Library
Fortec srl
Scuola media ecosostenibile
“Pedagna”
Baxter
METRO Cash & Carry
229
6000
180
176
22
2000
7500
100
108
100
615
160
500
300
448
450
288
615
595
550
105
340
260
63
School
35
70
Office
Wholesale, offices and canteen
105
700
240
2800
59
Italy
Trento
Centro de Innovación de negocios
Office
108
265
60
61
Kosovo
Kosovo
Pristina
Pristina
Investigación
Offices
108
90
227
227
62
Portugal
Sintra
Office
70
63
64
Portugal
Singapure
Lisbon
EAR-Tower Pristina
Bureaux Union Européenne
Centrale contrôle traffic
autoroutier
CGD Caixa Geral de Depósitos
United World College
Office (bank)
School
545
1500
99000
70%
4000
4000
663
1579
3900
5500
Tabla 3.9. Parámetros característicos de instalaciones de refrigeración solar por absorción (II)
133
75%
30
PROYECTO FIN DE CARRERA.
ANÁLISIS DE LOS SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN SOLAR POR ABSORCIÓN.
Pais
Ciudad
65
Spain
66
Spain
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
Spain
Spain
Spain
Spain
Spain
Spain
Spain
Spain
Spain
Spain
Spain
Spain
Spain
Spain
Spain
82
Spain
83
84
85
86
87
88
Spain
Spain
Spain
Spain
Spain
Spain
89
Spain
90
91
Spain
Spain
92
Spain
Valladolid
93
94
South African
Turkey
Pretoria
Dalaman
Nombre de la instalación
Aplicación
Área de captación (m2)
Potencia nominal de la
máquina de refrigeración
(kW)
FP
Arteixo
Office
170
1500
Barakaldo
Auditorium
229
150
Office
Laboratories
Hotel
Hotel
office
Office
Hotel
Residence
Industry
Retired people house
Office
Sport Centre
Office
Labo
Office
105
35
125
175,8
35,2
105
105
10
105
105
105
170
105
35
390
Investigación
17,6
83,4
residence
Office
Office
Office
Labo
Office
10
35
350
115
35
35
34
Office
252
office
Office
10
162
45
660
CARTIF I, Boecillo Technology Park
Office
35
37,5
hospital Moot
Iberotel Sarigerme Park
Hospital
Hotel
35
150
Inditex head offices
Social & Cultural Centre Clara
Campoamor
Barcelona
Fabrica del Sol Building
Barcelona
Peracamps-Public Health Agency
Benidorm
Belroy palace Hotel
canarias
Hotel IFA continental
canarias
technological institute
Cornelia del Vallès
Siemens Controlmatic
Derio
Laia hotel
Derio
Residence
El Oso
FONTEDOSO
Fustinana
Maison de retraite
Madrid
Fundacion Metropoli Building
Madrid
Daoiz y Velarde Sport Centre
Madrid
Viessmann Head Offices
Madrid
University of Carlos III
Madrid
TRASLUZ
Edificio de producción vegetal
Madrid
fitotécnia
Malaga
residence
Málaga
Isofoton Offices
Pamplona
Cener Offices
Santiago de Compostela
Stella-Feuga
Seville
University of Sevilla
Tarragone
University Rovira i Virgili CREVER
Education Department Regional
Toledo
Government
Valencia
office
Valencia
SRB Energy
ETC
CPC
PTC
Tanque de
almacenamiento (L)
Contribución de la Inst. de
refrigeración solar para la
demanda de refrigeración. (%)
30000
15%
6000
4%
30%
120
81
345
2700
68,4
45000
6000
214
160
600
600
15000
21,6
504
105
50
102
72
507
6
50
204
100%
65%
2000
3000
81%
230
240
5000
600
151
20%
11%
96
5000
750
40
2500
10000
27%
8000
100%
1200
180
Tabla 3.10. Parámetros característicos de instalaciones de refrigeración solar por absorción (III)
134
Potencia de
refrigeración
auxiliar (KW)
323