La refrigeración alternativa

Tania Carbonell Morales
Ingeniera química. Profesora asistente
del Centro de Estudios de Tecnologías Energéticas Renovables (CETER),
del Instituto Superior Politécnico
José Antonio Echeverría (ISPJAE).
Pertenece al Grupo de Investigación
de Refrigeración No Convencional.
Miembro de CUBASOLAR.
(Tel. (537) 2605060.
E-mail: taniac@ceter.ispjae.edu.cu

La humanidad no puede prescindir de la refrigeración, pero deberá
utilizarla mediante refrigerantes ecológicos y con tecnologías
limpias y seguras, basadas en el uso de las energía renovables.

La refrigeración alternativa aparece como resultado del desarrollo tecnológico iniciado en el campo de la refrigeración en 1748. Su aplicación no se diferencia en lo absoluto de las aplicaciones ofertadas por las tecnologías de refrigeración convencionales, siendo sus usos más frecuentes en la preparación y conservación de alimentos, como el envasado de carnes, bebidas y confituras; el almacenamiento y la distribución de alimentos; el uso en procesos industriales, como la separación y condensación de gases, el secado de aire, la medicina, la fabricación de hielo, etc.; el aire acondicionado industrial en laboratorios, la mecánica de precisión y fábricas textiles; y el aire acondicionado para lograr una temperatura agradable en viviendas y locales públicos, almacenes, grandes edificios y transporte.

Existe una amplia gama de tecnologías de refrigeración alternativa, que como su nombre lo indica representan una alternativa a la refrigeración convencional, basada en el uso de los nocivos CFC (productos compuestos por cloro, flúor y carbono, de dañino efecto sobre la capa de ozono).

Podemos mencionar como tecnologías de refrigeración alternativa a los sistemas de refrigeración por efecto Peltier, refrigeración por absorción y refrigeración por adsorción.

Refrigeración por efecto Peltier
En el año 1834, Jean Peltier, un relojero y científico aficionado francés, descubrió que el paso de una corriente eléctrica a través de la unión de dos metales conductores distintos, en una cierta dirección, produce un efecto de frío. Si se invierte la dirección de la corriente, se obtiene un efecto de calentamiento, diferente al efecto de calentamiento en una resistencia eléctrica. El descubrimiento realizado por Peltier tuvo que esperar más de un siglo para convertirse en la base de un nuevo método de refrigeración.


Esquema del efecto Peltier.

Los refrigeradores que utilizan el efecto Peltier para obtener el efecto frigorífico, llamados refrigeradores termoeléctricos, presentan un rendimiento mucho menor que los refrigeradores convencionales que utilizan compresor, específicamente cuando la capacidad de enfriamiento es alta. Sin embargo, el rendimiento de las unidades de enfriamiento convencionales cae rápidamente cuando la capacidad de enfriamiento requerida disminuye, lo cual en el caso de las unidades termoeléctricas permanece casi constante, demostrando así su adecuación en muchos dispositivos electrónicos que requieren enfiamiento localizado en volúmenes pequeños.


En 1885, en Alemania, una locomotora de vapor trabajó con una solución
de agua con soda bajo el principio de absorción.

Las principales ventajas de estas unidades se encuentran en pequeño tamaño, son silenciosas por la ausencia en ellas de elementos móviles, el tiempo de vida útil es relativamente largo, no contienen líquidos ni gases como medios refrigerantes y su control de la razón de enfriamiento es muy simple mediante el ajuste de la corriente de alimentación. Otra interesante aplicación de estas unidades es su uso como bombas de calor, lo cual se logra al invertir la dirección de la corriente eléctrica, transformando así la unidad de enfriamiento en un potencial calentador.

Refrigeración por absorción
El sistema de refrigeración por absorción fue desarrollado por Sir John Leslie, quien utilizó el ácido sulfúrico como absorbente y el agua como refrigerante. Más tarde, en 1859, Ferdinand Carre inventa la primera máquina de absorción, la cual trabaja con el par amoníaco-agua.

Los ciclos de absorción funcionan con un par de refrigerantes químicos. Son sistemas de dos componentes, donde una de las sustancias es disuelta en la otra y el enfriamiento se produce secando una de las dos sustancias de la solución por medio de la aplicación de calor y luego reabsorbiéndola hacia la solución.
 


Sistema experimental de adsorción
con energía solar.

Los dos pares de refrigerantes más usados son el amoníaco-agua y la combinación de agua y bromuro de litio. Los equipos que utilizan el ciclo de absorción han tenido un uso generalizado por varias décadas en la preservación de alimentos, procesos industriales y almacenamiento frío. Pueden operar a temperaturas más bajas que el punto de congelación del agua, sobre todo los de amoníaco-agua y sobre el punto de congelación del agua los de agua-bromuro de litio.

A pesar de que el amoníaco no es un elemento que afecta la capa de ozono, sí es cierto que tiene consecuencias directas sobre la salud del ser humano, y que pérdidas de este compuesto en el sistema pueden afectar al hombre mediante el contacto directo con él, o por la contaminación de los alimentos presentes en la cámara frigorífica. También se menciona la contaminación por ruido que pueden producir los elementos móviles de dicha instalación, lo cual ocurre durante un funcionamiento inadecuado de esos elementos. Es por ello que esta tecnología requiere de un control estricto en su explotación, y una alta calificación del personal técnico encargado de su correcto funcionamiento.

Refrigeración por adsorción
El término adsorción se deriva de un proceso general denominado sorción, que describe la transferencia periódica de energía en dos subprocesos, en los cuales un medio sólido adsorbente bajo transferencia de energía adsorbe y desorbe una materia en estado gaseoso. Los dos subprocesos son clasificados en adsorción y desorción. La adsorción es el fenómeno en el cual un cuerpo sólido, bajo la liberación de una determinada cantidad de energía en forma de calor, adsorbe o atrapa en su superficie una cantidad de materia gaseosa, cuyo efecto contrario, o sea, la separación de la materia gaseosa del cuerpo sólido mediante entrega de calor a dicho cuerpo, se reconoce como desorción.


Planta de fríopor absorción.

El sistema de refrigeración se identifica por el fenómeno de adsorción, pues es exactamente en este subproceso donde se produce el efecto de enfriamiento de dicho sistema, de ahí que sea comúnmente llamado sistema de refrigeración por adsorción.

Desde hace mucho tiempo el principio de la adsorción ha sido empleado en diferentes campos de la técnica de procesos, pero apenas en técnicas de refrigeración o climatización.Es entre los años veinte y treinta del siglo xx cuando se desarrolló la máquina de refrigeración por adsorción, desplazada enseguida por la aplicación de los compuestos CFC, descubiertos en aquella época en los sistemas de refrigeración por compresión. Una de las razones más notables para su sustitución fue el carácter intermitente de su funcionamiento. En 1927, la firma Copeland y la corporación americana Silica-Gel Corp. presentaron una máquina de refrigeración por adsorción con silicagel.

Esta tecnología fue luego introducida por la firmas Safety Car Heating y Lighting Co. en el enfriamiento de vagones ferroviarios. Después de numerosas pruebas bajo las distintas condiciones, el sistema desarrollado convenció tanto que se comenzó a realizar su producción en serie y se construyeron 50 vagones ferroviarios con dicha tecnología de enfriamiento para el transporte de pescado. En este sistema fue utilizado SO2 (dióxido de azufre) como refrigerante. Este tipo de equipo no pudo mantenerse por mucho tiempo en operación porque la silicagel disminuía su capacidad de adsorción con el tiempo, lo cual repercutía directamente en la disminución del rendimiento.

En aquel entonces el agua fue utilizada en muy pocas ocasiones como medio refrigerante; tal es el caso de la firma Carrier Co., que construyó sistemas de aire acondicionado en los cuales se utilizó la combinación silicagel-agua como medio de trabajo en el sistema.
Tchernev fue el primero en introducir el par de trabajo zeolita-agua en sistemas cerrados de refrigeración por adsorción. Este sistema tenía la peculiaridad de ser funcionalmente discontinuo, porque de día se utilizaban las radiaciones solares para el secado de la zeolita y de noche se producía el deseado efecto frigorífico condicionado por la adsorción de los vapores de agua por la zeolita.
 


Planta de refrigeración
por absorción, en Berlín.

A finales de los años setenta, debido a la crisis energética mundial y los problemas causados por el uso de los compuestos CFC, se suscita un interés especial en la investigación y aplicación de los sistemas de refrigeración por adsorción y en las tecnologías alternativas de refrigeración.

En 1980, Jaques Chiral desarrolló un sistema experimental donde obtuvo alentadores resultados prácticos con sistemas de adsorción y paneles de calentamiento solar.
Un aspecto fundamental en la estimulación al uso de la refrigeración alternativa ha sido su bajo impacto ecológico, al no contar los mismos con los CFC como medios refrigerantes para su funcionamiento.

Esto ha sido apoyado y estimulado por políticas gubernamentales que exigen a los principales productores de dichos compuestos la eliminación, en un tiempo limitado, de la producción de CFC, así como la búsqueda de compuestos sustitutos a dichas producciones, siendo muy evidente la necesidad de trabajar para disminuir la dependencia y el consumo de los combustibles fósiles, aumentar la eficiencia en el uso y generación de la energía y buscar refrigerantes ecológicos y de tecnologías limpias, seguras, basadas en el uso de las energías renovables.