Mary Luz Lugo
Existen zonas
rurales que no cuentan con servicio eléctrico o que, a pesar de tener
electricidad, no cuentan con un sistema de refrigeración para la conservación
de alimentos como una nevera, por ejemplo. En estas circunstancias uno de los métodos
empleados, para la preservación de alimentos, es el salado o la salazón. En este
proceso se adiciona gran cantidad de sal al alimento. La sal absorbe el agua de
la carne deshidratándola y, sin agua los microorganismos no pueden vivir.
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| Existen zonas rurales que carecen de servicio eléctrico y necesitan sistemas de refrigeración alternativos. Fuente Pixabay |
Sin embargo, no siempre el sistema de salado es
propicio para todos los alimentos. Uno de los métodos más conveniente y
eficientemente usado es la refrigeración. Sabemos que, el término refrigeración
se refiere a la disminución de la temperatura ambiente en un sistema, evidenciándose
extracción de calor en el mismo. Pero, la mayoría de los dispositivos de
refrigeración funcionan con corriente eléctrica y volvemos a pensar en las
zonas rurales.
¡Sería interesante tener
sistemas de refrigeración como neveras, cavas o frigoríficos que funcionen sin
tener que estar enchufados a una toma de corriente eléctrica!
La mayoría de los sistemas de refrigeración modernos, consisten
en un sistema cerrado en el cual una sustancia refrigerante se encuentra
conectada a un compresor, tomando calor del sistema, propiciando así un ciclo
térmico capaz de disminuir la temperatura de su entorno.
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| Los sistemas de refrigeración comunes usan motores de compresión mecánica. Fuente Pixabay |
Existen diferentes tipos de sistemas de refrigeración:
- Sistemas de compresión mecánica, los cuales se dividen en: sistemas que utilizan bombas de calor y que operan con un refrigerante, sistemas de compresión de gas y sistemas de compresión de vapor.
- Sistema de refrigeración de un ciclo de Carnot que opera con bomba de calor. Consiste en un ciclo de absorción en donde se transfiere calor a un sistema frío, utilizando como principio la primera ley de la termodinámica.
- Sistema de refrigeración cuyo ciclo de Carnot inverso (sentido contrario a las manecillas del reloj) que opera con gas. En este proceso la temperatura de la sustancia refrigerante desciende gracias a una expansión isentrópica, y con una segunda adición de calor se provoca una expansión isotérmica, lo que permite conservar la baja temperatura del refrigerante.
- Refrigeración por adsorción. En la adsorción los átomos, iones o moléculas se fijan a un material, donde la sustancia adsorbida se almacena sobre una determinada superficie. En este proceso un sólido poroso es capaz de retener partículas de gas. La cantidad adsorbida depende de la naturaleza y del tratamiento previo de la superficie del adsorbente, así como de la naturaleza de la sustancia adsorbida. Estos procesos son generalmente exotérmicos.
Para que exista un sistema de refrigeración por
adsorción debe ocurrir muchas veces y de forma continua un proceso de adsorción
y desorción. Este ciclo es el que produce el efecto de enfriamiento en un
sistema.
¿Qué es la adsorción y la desorción?
La adsorción (con “d”) es el proceso de fijación o
interacción de un gas sobre la superficie de un sólido. Es un proceso
superficial, es decir ocurre sólo en la superficie y no en toda la masa, en
cuyo caso sería absorción.
Esa interacción entre el gas y el adsorbente puede
darse de dos maneras. De forma débil y genérica, llamada fisisorción o de forma
suficientemente fuerte como para ser considerado un auténtico enlace químico,
llamada quimisorción.
Se dice que la fisisorción es causada por fuerzas Van
der Walls entre las moléculas del adsorbente y el adsorbato (el gas que se
adsorbe). En cambio, la quimisorción es causada por la reacción entre el
adsorbato y las moléculas de la superficie de los adsorbentes.
En la desorción ocurre el proceso contrario a la
adsorción, es decir, la separación del gas del material sólido o. Este proceso sucede
mediante la entrega de calor a dicho material.
Sistemas de refrigeración por adsorción
La primara máquina de refrigeración por adsorción se
desarrollo entre los años 20 y 30 del siglo XX, pero rápidamente fue desplazada
por los sistemas de refrigeración por compresión que usan compuestos CFC. Luego,
se introdujo el uso de este sistema de refrigeración empleando silica gel como
adsorbente y SO2 como refrigerante. A pesar de haber sido usado, por
algún tiempo, en vagones ferroviarios para el transporte de pescado, este
sistema no pudo mantenerse en operación porque el elemento adsorbente disminuía
su capacidad con el tiempo, impactando negativamente en la rentabilidad.
Luego, se introdujeron otros sistemas que utilizaban
agua como medio refrigerante. Un caso interesante de mencionar es el del par adsorbente
– refrigerante, zeolita – agua. Este par tenía la peculiaridad de funcionar de
manera discontinua. En el día se secaba o regeneraba la zeolita aprovechando
las radiaciones solares y en la noche se producía el efecto frigorífico debido
a la adsorción de los vapores de agua por la zeolita.
Un aspecto fundamental de este tipo de refrigeración
alternativa ha sido, sin lugar a dudas, su bajo impacto ambiental. Basado sobre
todo en los problemas medioambientales derivados del uso de refrigerantes
nocivos para la capa de ozono (CFC y HCFC) y que aumentan el efecto
invernadero.
Adicional al aspecto ambiental, debemos mencionar los relacionados
a la crisis por la subida de los precios del petróleo, al incremento del
consumo de energía en el mundo y a la carencia de energía y recursos en las zonas
más vulnerables o rurales. Todos estos hacen que sea urgente encontrar modos de
producir energía de una forma más eficiente y, al parecer, las maquinas de
refrigeración por adsorción tienen el potencial de ser una alternativa muy
interesante.
Antes de concluir debemos indicar que los pocos sistemas de adsorción que existen en el mercado usan, generalmente, agua como refrigerante y silica gel como adsorbente. Estos equipos o máquinas consisten, básicamente, en dos compartimientos adsorbentes, un evaporador y un condensador.
El adsorbente en el primer compartimiento se regenera
usando agua caliente de una fuente de calor externa (ejemplo un panel solar) y en
el segundo compartimiento el adsorbente adsorbe el vapor de agua que llega del
evaporador.
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| Los sistemas de refrigeración por adsorción precisan de una fuente de calor externa. Fuente Pixabay. |
Por esto, los sistemas de adsorción
suponen un ahorro de energía si, la fuente de calor proviene de un recurso
renovable como la energía solar, la biomasa o tal vez, de la energía térmica
que se recupere de un proceso industrial. Este aprovechamiento permite un
ahorro de energía primaria, con lo que se reducirían las emisiones de CO2.
Asimismo, se ha demostrado que estos sistemas de refrigeración por adsorción, tienen además un control más sencillo, no generan vibraciones y poseen costos de operación más bajos.
Debemos mencionar que, en Venezuela existen trabajos de investigación e inclusive se han desarrollado prototipos de estos prometedores sistemas. En la siguiente imagen compartimos un esquema de prototipo desarrollado por nuestro grupo de trabajo que generó interesantes resultados.
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| Esquema de prototipo de refrigerador por adsorción desarrollado en el IUT por D. Betrán y J. Melendez, 2018. |
En el esquema, 1 es el espacio a refrigerar, 2 es el tanque del refrigerante, 3 es un aislante térmico, 4 es el contenedor del adsorbente y 5 es la válvula para vacío.
Esperamos que este tema haya sido de su interés y gracias por seguirnos apoyando.
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