Las calderas de biomasa se utilizan para producir calor y también frío. Esto no es lo más habitual y, para conseguirlo, se utiliza la tecnología de la refrigeración por absorción. Vamos a ver en qué consiste este sistema.
La biomasa se puede utilizar para producir calor y frío
Para que la biomasa pueda producir frío, hay que añadir ciclos de absorción a la caldera. De esta forma se utiliza la energía térmica para la generación de frío.
La caldera, gracias a la combustión de la biomasa, produce agua caliente que se almacena en tanques. Como suele ser lo habitual, en invierno proporciona calefacción a través de la red de tuberías y radiadores.
En los meses de verano, el agua caliente se traslada a máquinas enfriadoras, las cuales convierten el agua caliente en fría mediante la refrigeración por absorción.
La tecnología de la absorción requiere de una fuente de calor para funcionar. En este caso será la caldera de biomasa. En realidad, el sistema de refrigeración por absorción es parecido al ciclo de refrigeración convencional.
La diferencia es que en la refrigeración tradicional se utiliza un compresor mecánico, y en el ciclo de refrigeración por absorción lo que se usa es un compresor químico. En el ciclo de absorción, se recircula una solución compuesta por un refrigerante y un absorbente. Dicha solución experimenta condensaciones y evaporaciones sucesivas.
Distintos tipos de refrigeración por absorción
El desarrollo de la tecnología de la refrigeración por absorción está dividida en dos grupos, en función del tipo de refrigerante y del absorbente utilizado.
Uno de ellos utiliza una disolución de bromuro de litio (LiBr) con agua. El agua actúa como refrigerante, mientras que el bromuro de litio es el absorbente. El otro emplea una disolución de amoniaco y agua. El amoniaco es el refrigerante, mientras que el agua es el absorbente.
Vemos que el agua está presente en ambas soluciones, aunque cumpliendo distinto papel.
Objetivo de la refrigeración por absorción
El objetivo del proceso es conseguir agua fría, la cual se envía a los aparatos que proporcionan la refrigeración al ambiente. A lo largo del ciclo de funcionamiento se necesita un sistema de evacuación de calor. Para ello se instala una torre de refrigeración.
Diferencias entre el ciclo termodinámico de absorción y el de compresión
El ciclo termodinámico de enfriamiento por absorción necesita un fluido que se usa como refrigerante. El refrigerante toma calor del líquido a enfriar para poder pasar del estado líquido a estado de vapor al reducirse la presión al que está sometido.
En los equipos de refrigeración, el fluido en estado líquido está a presión más alta en el condensador. Este fluido se mueve al evaporador a baja presión, donde obtiene el calor necesario para evaporarse. Una vez que el refrigerante llega a estado vapor, vuelve al condensador a alta presión donde se le quita el calor que obtenido antes. Como consecuencia de esto, vuelve al estado líquido y comienza de nuevo el ciclo.
Con esto se consigue sacar calor del evaporador y enfriarlo, para así disipar ese calor en el condensador.
Veamos ahora el ciclo de compresión. En este, la circulación del fluido y el efecto de la presión se obtienen con un compresor mecánico. Observamos las diferencias con un ciclo de absorción, en el que se aporta calor al generador donde el refrigerante está mezclado con un fluido absorbente. La función del fluido absorbente es tomar el vapor de la zona de baja presión para devolverlo al generador en forma líquida.
Ventajas e inconvenientes de la refrigeración por absorción
La refrigeración por absorción presenta muchas ventajas si lo comparamos con la refrigeración por compresión. Algunas de ellas son las siguientes:
- Buen rendimiento a baja carga
- Menor necesidad de potencia eléctrica.
- Poco mantenimiento.
- Gran fiabilidad
La refrigeración por absorción es un buen complemento en muchas instalaciones para dar más uso a la biomasa, ya que se utiliza para ambas cosas, refrigeración y calefacción. Así podemos disminuir el coste de la climatización y se reduce el tiempo de amortización de la instalación. De igual forma evitamos la contratación de una potencia eléctrica elevada que tendrá un mayor coste.
Los ciclos de absorción ofrecen buen rendimiento para el caso que nos ocupa, aunque hay que tener en cuenta algunos detalles. En realidad, el rendimiento del método por compresión es mayor, sin embargo, en algunos casos, como este, compensa el hecho de que la energía calorífica se produzca con un combustible económico.
Además, los sistemas de compresión utilizan energía eléctrica. Cuando dicha energía llega a la toma de corriente lo hace con un rendimiento 25% inferior a la energía utilizada para generarla, lo cual reduce mucho las diferencias de rendimiento entre compresión y absorción.
Como describíamos más arriba, el uso de agua y amoniaco o de agua y bromuro de litio también tiene sus ventajas e inconvenientes.
Ventajas de la tecnología de agua y bromuro de litio:
- La alta capacidad calorífica del agua como refrigerante.
- El bromuro de litio no es inflamable ni tampoco volátil.
Inconvenientes de la tecnología de agua y bromuro de litio:
- El bromuro de litio se puede disolver en agua de forma limitada.
- El vacío demanda una permeabilidad alta del sistema.
- El sistema no puede enfriar a temperaturas menores del punto de congelación de agua.
Ventajas de la tecnología de amoniaco y agua:
- Se puede utilizar a temperaturas muy bajas, hasta -60ºC
- Muy buenas propiedades de transferencia de calor y masa.
- El amoniaco, como refrigerante, tiene una capacidad calorífica alta.
Inconvenientes de la tecnología de amoniaco y agua:
- La toxicidad del amoniaco
- El amoniaco, como refrigerante, funciona a presión, muy alta, lo cual hace que se necesiten tuberías más gruesas.
- El amoniaco, como solvente, es volátil, por lo que se hace necesaria una rectificación.
En conclusión, vemos que merece la pena tener en cuenta la utilización de la biomasa como combustible para obtener agua caliente o vapor, lo que también permite emplear esta energía para obtener agua refrigerada hasta 3,5ºC para el caso de máquinas enfriadoras de simple efecto y accionadas por agua caliente.
También se pueden utilizar enfriadoras de doble efecto accionadas por vapor, con las que obtendremos agua a 0ºC.