Máquinas de refrigeración de adsorción

En otro post ya comentamos sobre la tecnología más conocida para hacer frío a partir de calor: la refrigeración por absorción. Sin embargo, este post lo vamos a dedicar a una tecnología rival: la refrigeración por adsorción. La refrigeración por adsorción se basa en la afinidad química de unos materiales sólidos hacia unos determinados gases, que en este caso jugarán el papel de refrigerantes. A diferencia de los procesos de absorción, se trata de fenómenos a nivel de superficie, es decir, las propiedades físicas del material adsorbente no cambian. En cambio, en los procesos de absorción, el material absorbente es una solución líquida de la que forma parte el gas refrigerante, por lo que durante el proceso de absorción la concentración de refrigerante en la solución absorbente cambia y, por tanto, sus propiedades físicas.

Debido a que el material adsorbente es sólido, no es posible diseñar un ciclo funcionando de forma continua. Así, las máquinas de refrigeración por adsorción son de ciclo intermitente, en cambio las de absorción pueden ser de ciclo intermitente o continuo, ya que el material absorbente es líquido. En un ciclo intermitente se suceden ciclos de carga y descarga del material adsorbente, y es habitual duplicar la estructura del ciclo en las máquinas para que siempre una mitad trabaje haciendo frío, mientras la otra se regenera. Ya comentaremos con más detalle el ciclo en otro post. Una buena propiedad de estas máquinas es que pueden almacenar una buena cantidad energía química en la pareja adsorbente/refrigerante, debido a que estas parejas tienen una gran densidad de almacenamiento (J/m3). ¿Qué quiere decir esto? Pues que pueden tener una inercia suficiente como para hacer frío durante un buen tiempo sin necesidad de entrada de energía, en forma de calor.

Si comparamos las máquinas de adsorción con las de absorción, vemos que son capaces de aprovechar energías de peor calidad (e. g. calor a 55-75ºC), pero no es gratis, su rendimiento es un 20% menor. Esto sin embargo es una gran ventaja a la hora de querer aprovechar calores residuales, ya que funcionan con calores de peor calidad. Además, si queremos utilizarlas para instalaciones de energía solar térmica, pueden funcionar perfectamente con captadores solares planos de gama media. ¿Por qué funcionan a menor temperatura? La clave está en el reactor adsorbente, que al ser habitualmente un material poroso tiene mucha área para la transferencia calor y masa, es decir, para reaccionar con el gas refrigerante.

Existen bastantes menos fabricantes de máquinas de adsorción que de absorción. Destacan las máquinas clásicas japonesas Nishyodo, Mayekawa. También tenemos las alemanas NAK y SorTech, la norteamericana EcoMax y la nueva máquina china SWAC-10. Existen otros desarrollos en Holanda e Inglaterra. Las potencias oscilan entre 5-150 kW, siendo las más pequeñas la SorTech y la SWAC-10. Como en el caso de la absorción, resulta mucho más fácil rentabilizar instalaciones grandes que pequeñas. La pareja adsorbente/refrigerante más utilizada a nivel industrial es silica gel/agua, pero a nivel académico se ha ensayado con carbón activo/amoníaco, o zeolita/agua. La fabricación el reactor junto con la modificación del material adsorbente para que tenga más afinidad por el refrigerante es un tema continuamente investigado, siendo ese conocimiento propietario por cada fabricante, incluyendo por supuesto el método de fabricación.

Más información en:

http://www.mayekawa.com.au/products/chillers/adsorption-chiller-adref-noa/
http://www.gbunet.de/ak/Adsorptionstechnik-NAK-e.html
http://www.sortech.de/gewerbekunden/produkte/
http://www.eco-maxchillers.com/common/content.asp?PAGE=356
http://www.iea-shc.org/task38/events/2010-01-27/presentations/05_Adsorption_Henning.pdf

Un saludo