Absorption chillers (Antonio Cabrera, México

1. Sistemas de absorción en sistemas HVAC
Alternativas al uso de HCFCs en sistemas
de refrigeración y aire acondicionado
Ing. Antonio Cabrera González
Bogotá, 22 y 23 de abril de 2010

2. Introducción
… el deterioro de la capa de ozono
… calentamiento global
… eficiencia energética
… altos costos de la energía eléctrica
… regulación cada vez más estricta
Ha generado la necesidad inminente de buscar
alternativas viables para los sistemas de refrigeración y
aire acondicionado tradicionales

3. Introducción
Las máquinas de absorción son una opción amigable
al medio ambiente y viables desde el punto de vista
económico.

4. ¿Qué son las máquinas de
absorción?
Son máquinas que utilizan el ciclo de absorción para
conseguir la refrigeración de un líquido.
Los ciclos de absorción se basan en la capacidad que
tienen algunas sustancias (i.e. agua) y algunas sales como
el bromuro de litio, para absorber vapores de otras
sustancias.

5. Ciclos de refrigeración
Ciclo mecánico de compresión

6. Ciclos de refrigeración
Ciclo de refrigeración por absorción
Fuente: InterEnergy Software

7. Funcionamiento del ciclo
de absorción
Fluidos utilizados en el ciclo de absorción
Agua destilada
Utilizada como refrigerante, cambia de fase en función de las
bajas presiones del sistema (vacío)
Condensador 1/10 de Presión Atmosférica
Evaporador 1/100 de Presión Atmosférica
Bromuro de litio
Sal absorbente no tóxica con gran afinidad con el agua
Alto punto de ebullición, mucho mayor que el agua

8. Características de operación
Bombas recirculadoras de mezcla
Conduce la mezcla de Br-Li /Agua entre el absorbedor y
el concentrador a través del intercambiador de calor
Bomba del Evaporador
Bomba del Absorbedor
Estas bombas recirculadoras son las únicas partes del
sistema que operan con electricidad

9. Ciclo de
absorción

10. Ciclo de absorción
VALORES TIPICOS
ARI ESTANDAR 560
ELEMENTO CONSUMO RANGO DE OPERACIÓN
E VAPOR
18 LB/HR/TR
10 a 20 Psig
a 12 Psig
N
T de 77 a 130°C
AGUA CALIENTE 3 GPM/TR
R ΔT = 22°C
A
D 29°C a 39°C 13°C a 49°C
AGUA DE CONDENSADOS 3.6 GPM/TR 2.5 GPM A 5 GPM
A
(0.065 LPS/kW) (0.045 a 0.09 LPS/kW)
12°C a 7°C 16°C a 4.4°C
SALIDA AGUA FRIA 2.4 GPM/TR 1.6 GPM A 6 GPM
(0.043 LPS/kW) (0.029 a 0.11 LPS/kW)
ABSORCIÓN COMPRESIÓN MECÁNICA
CONSUMO ELÉCTRICO 0.04 kW/TR 1.3 kW/TR promedio

11. ¿Por qué usar sistemas de absorción?
Razones ambientales
Deterioro de la capa de ozono
Los sistemas de absorción no utilizan CFC
Calentamiento global
Combustión directa genera dióxido de carbono
y agua en proporción menor a 30 ppm

12. ¿Por qué usar sistemas de absorción?
Razones económicas
Bajo costo de operación
• Costo de la energía eléctrica VS uso de vapor y/o
agua caliente residual
• Uso de quemador directo: relación de utilización
del 90 – 91% (25 a 35% al usar energía eléctrica)

13. ¿Por qué usar sistemas de absorción?
El costo de operación de las máquinas de absorción
es menor que el de los chillers actuados por energía
eléctrica en un 20 – 23%

14. ¿Por qué usar sistemas de absorción?
Disponibilidad de fuentes de energía
• Disponibilidad de energía eléctrica para los chillers de
compresión
• Necesidad de contar con plantas de energía eléctrica
+ costos de generación
+ costos de transportación al sitio de consumo
+ relación de utilización de sólo el 30% (promedio)

15. ¿Por qué usar sistemas de absorción?
• Alternativas energéticas para las
máquinas de absorción
• Vapor de residuos de procesos
• Agua caliente residual
• Fuego directo:
• Gas natural
• Otros combustibles
• Cogeneración de energía aprovechando el calor de
los gases de combustión para la máquina de
absorción

16. ¿Por qué usar sistemas de absorción?
• Otras razones…
1. CONFIABILIDAD:
• Menores fallas electromecánicas que los chillers por
compresión debido a que los componentes electromecánicos
que utiliza sólo son las bombas de refrigerante y solución

17. ¿Por qué usar sistemas de absorción?
2. INSTALACIÓN
• No requiere instalaciones eléctricas complejas

18. ¿Por qué usar sistemas de absorción?
• Otras razones…
3. OPERACIÓN
• No se requiere de técnicos electromecánicos
especializados para la correcta operación del sistema.
• Se puede agregar un sistema de Automatización central
para la operación adecuada del sistema
• Se requiere de un mantenimiento preventivo adecuado
para tener una operación continua del Sistema

19. ¿Por qué usar sistemas de absorción?
• Otras razones…
4. REGULACIÓN
• ASHRAE Standard 15-1994 “Safety code for mechanical refrigeration”
• Sección 2.3 del estándar dice:
“Este código no aplica en donde EL AGUA es el principal
REFRIGERANTE”

20. Precauciones del Sistema
Cristalización:
Puede ocurrir cuando la concentración de la solución es muy alta. El panel
de control deberá prevenir que el porcentaje de la solución en el
absorbedor se eleve demasiado evitando este riesgo.
Purga:
Es muy importante la eliminación de los gases no condensables para
mantener los niveles de vacío y la correcta operación del sistema y esto se
logra por medio de la unidad de purga. El tablero de control opera la
unidad de purga manteniendo el vacio y por ende la correcta operación del
Sistema.

21. Diseño de la instalación
Disponibilidad de fuentes de energía
Vapor de baja presión (desecho)
Agua caliente (de procesos)
Gas natural directo
Torre de enfriamiento con variadores de frecuencia
Bombas de agua condensado
Tratamiento de agua
Bombas de agua fría son iguales en flujo y potencia requerida,
en todos los sistemas de agua fría.

22. Controles
Controles
Las máquinas de absorción actuales cuentan con un panel
de control (UCP) con las siguientes funciones:
Duración del ciclo de dilución
Control de la temperatura a la salida del agua del evaporador
(7º C)
Control límite sobre la alta temperatura de la solución de
bromuro de litio y agua
Control del flujo de la solución en la bomba (variador de
frecuencia)
Restablecimiento del flujo de agua fría (7ºC)
Óptima concentración de la solución

23. Desventajas vs sistemas tradicionales
Poca promoción por parte de fabricantes de equipo.
Poco conocimiento del principio de operación que
conlleva a un “temor” para su utilización.

24. Conclusiones
El uso de sistemas de enfriamiento de agua hasta 6ºC con
base en el Ciclo de Absorción es una alternativa muy
recomendable por el bajo impacto que causa al
medio ambiente.
Utiliza agua como principal refrigerante, mezclada
con una sal química e inhibidores de corrosión no
tóxicos, lo cual evita el uso de HCFC y HFC, así como su
manejo, disponibilidad y transporte.
Reduce en forma significativa el uso de energía
eléctrica a sólo 0.04 kw /TR.

25. Conclusiones
Opera con energía calorífica de desecho de otros
procesos, tales como vapor de baja presión, y/o agua
caliente resultante de un proceso primario.
Se puede utilizar en procesos de cogeneración de
energía eléctrica, aprovechando la energía calorífica de
los gases de combustión producidos por el generador
eléctrico, lo que resulta en un costo de operación muy
bajo.

26. Conclusiones
Actualmente hay máquinas de absorción que trabajan a
“Fuego Directo”, utilizando un quemador de gas natural
como suministro de energía calorífica al concentrador
del equipo, con un costo menor de operación que los
chillers que operan con electricidad.
Para muchas aplicaciones de enfriamiento en edificios y
procesos industriales, podemos considerar que el
sistema de absorción es una elección
ambientalmente responsable

27. Caso de Éxito
Antecedentes
• Una compañía farmacéutica ubicada en la Ciudad de México en plena
expansión desarrolla el proyecto de ampliación de su planta en la sección de
fabricación de jeringas a base de máquinas de inyección de plástico
• Al no obtener la aceptación de su petición de aumento de suministro eléctrico
por la compañía eléctrica gubernamental, logra obtener el permiso de
generación de su propia energía eléctrica.
• Se genera un proyecto en la compañía que es la generación de electricidad a
través de un motogenerador, el cual será alimentado de combustible diesel.

28. Caso de Éxito
Una nueva visión al proyecto “COGENERACIÓN DE
ENERGÍA”
• El motogenerador no tiene una eficiencia del 100 % (no aprovecha el total del
calor del combustible), por lo tanto los gases resultantes de la combustión
son expulsados del motogenerador a alta temperatura.
• Esta energía contenida en los gases se aprovechó conduciéndola a través de
conductos hacia una Generadora de Vapor (caldera). La caldera recibe los gases
y transmite su energía calorífica al agua contenida en ella. Por lo tanto, la
producción de vapor en esta etapa es con nulo costo económico.

29. Caso de Éxito
Una nueva visión al proyecto “COGENERACIÓN DE ENERGÍA”
• Se instalaron dos máquinas de absorción de 650 TR, las cuales trabajan por
medio de la inyección de vapor de agua, por lo que se aprovecha el vapor
producido por la caldera del sistema.
• El vapor de la caldera se conduce hacia los enfriadores de agua de absorción, el
cual producirá agua helada sin costo de energía eléctrica.
• En conclusión tenemos un sistema de producción de energía eléctrica,
vapor y agua helada con un aprovechamiento total de la energía,
resultando en un ahorro considerable en la inversión inicial y en la operación.

30. Caso de Éxito
RESULTADOS:
Se provee agua helada suficiente para las siguientes áreas:
Líneas de inyección de plástico Actual
Moldeo Novation.
Aire acondicionado para Novation.

31. Caso de Éxito
RESULTADOS:
Se provee de agua de condensados (agua de torre de
enfriamiento) a las siguientes áreas:
Compresores de Aire
Inyectoras de Aceite
Hornos de Tubo
Moldeo
A los Generadores de Electricidad (Radiadores)
Equipos de Absorción

32. Caso de Éxito
PLANO DE INSTALACION

33. Caso de Éxito
DIAGRAMA DE FLUJO

34. ¿Preguntas?
Gracias por su atención
Ing. Antonio Cabrera G.
acabrera@saasa1.com