Un motor diésel marino moderno es una fuente de potencia, pero tiene una limitación física: más del 50 % de la energía del combustible utilizada se pierde en forma de calor residual. Los enfriadores de adsorción ofrecen una solución para la construcción naval. En lugar de utilizar electricidad procedente de generadores diésel adicionales para alimentar las unidades de refrigeración mecánica, convierten el calor residual ya generado por el sistema de propulsión del buque en refrigeración útil a bordo. Esto está cobrando cada vez más importancia a la luz de los requisitos normativos de la OMI para la reducción de CO₂ a través del EEDI (Índice de Eficiencia Energética de Diseño) y el CII (Indicador de Intensidad de Carbono).
El enfriador por adsorción (AdKM) es lo que se conoce como un sistema de refrigeración de accionamiento térmico. Funciona sin compresor mecánico y utiliza el proceso físico de la adsorción. En un enfriador de adsorción, un gas se adsorbe en la superficie porosa de un material sólido. Este material sólido, conocido como sorbente, se fija en su lugar dentro de las cámaras (el adsorbedor). Incluso si el buque se enfrenta a un mar agitado, el material sorbente permanece en su sitio. Esto convierte al AdKM en la opción más robusta para aplicaciones marítimas..
Como sorbentes se utilizan materiales de alto rendimiento con una gran superficie interna. Los más utilizados son el gel de sílice o la zeolita. Un solo gramo de zeolita puede tener una superficie interna de más de 1000 metros cuadrados, gracias a sus poros y canales microscópicos. Este material actúa como una especie de esponja molecular.
Se utiliza agua destilada como refrigerante. El agua está fácilmente disponible en los buques, no es tóxica ni inflamable y ofrece una alta entalpía específica de vaporización. Esto significa que, cuando el agua se evapora, extrae una gran cantidad de energía térmica de su entorno. Dado que el agua del sistema se encuentra bajo un fuerte vacío (presión negativa), no se evapora a 100 °C, sino a una temperatura de entre 3 y 5 °C. Por lo tanto, el enfriador por adsorción aprovecha la tendencia del gel de sílice seco o la zeolita a atraer este vapor de agua frío hacia sus poros.
El funcionamiento del enfriador por adsorción puede reducirse a un principio sencillo. Dado que el proceso físico de adsorción es intrínsecamente discontinuo —un sorbente debe absorber primero la humedad y luego secarse de nuevo—, los sistemas diseñados para un funcionamiento continuo suelen utilizar dos módulos que operan de forma anticíclica (con desplazamiento de fase).
Desde el punto de vista hidráulico, una enfriadora por adsorción consta de tres circuitos: el circuito de accionamiento (agua de refrigeración caliente procedente del motor del buque), el circuito de agua refrigerada (refrigeración útil para los consumidores) y el circuito de refrigeración secundaria (que suele funcionar con agua de mar). A diferencia de los enfriadores de compresión convencionales, todo este proceso no requiere compresores mecánicos y utiliza el agua caliente ya producida por los motores del buque como compresor térmico. El frío se genera en cámaras herméticamente selladas bajo un vacío extremo y pasa por cuatro fases.
Un buque moderno es un ecosistema complejo y autosuficiente. Se trata, en efecto, de una microciudad flotante que debe funcionar sin problemas, a veces durante meses, lejos de cualquier infraestructura en tierra. Uno de los factores más importantes en la construcción de un buque es la gestión térmica. Pero, ¿qué tipo de refrigeración se necesita realmente en el mar?
La refrigeración en los buques se divide esencialmente en cuatro áreas principales de aplicación:
Todas estas aplicaciones esenciales tienen una cosa en común: si se hacen funcionar exclusivamente con enfriadores de compresión eléctricos convencionales, consumen grandes cantidades de electricidad. Esta electricidad debe ser generada por los generadores auxiliares diésel del buque (motores auxiliares), lo cual resulta costoso y genera muchas emisiones. Aquí es donde los enfriadores de adsorción demuestran su valía: suministran continuamente agua refrigerada a una temperatura de entre 5 y 7 °C. Esto los hace ideales para dar soporte a los mayores consumidores de energía a bordo —el aire acondicionado de las cabinas y la refrigeración de la sala de servidores— prácticamente sin costes operativos adicionales y utilizando únicamente el calor residual de los motores.
Un ingeniero de instalaciones acostumbrado a la tecnología de refrigeración convencional se sorprendería de la eficiencia de un enfriador de adsorción. El coeficiente de rendimiento (COP) de estos sistemas suele situarse solo entre 0,5 y 0,7. Esto significa que se generan entre 50 y 70 kW de potencia frigorífica a partir de 100 kW de energía térmica de accionamiento.
Lo que sobre el papel parece una baja eficiencia, en un barco supone una ventaja económica y ecológica. El calor residual que se aprovecha es, de hecho, gratuito. Se trata de un subproducto de la refrigeración del motor que, de otro modo, simplemente se vertería al mar. El funcionamiento del sistema de adsorción solo requiere una cantidad mínima de electricidad para las bombas de circulación y los sistemas de sensores.
La decisión de adoptar la refrigeración térmica es una necesidad normativa y estratégica para los operadores de buques. El cambio a la refrigeración por adsorción aborda de una sola vez varios problemas fundamentales del transporte marítimo moderno.
Reducción del consumo de energía eléctrica
Los enfriadores de compresión convencionales, accionados por electricidad, se encuentran entre los mayores consumidores del sistema eléctrico del buque. Al utilizar el calor residual que ya está disponible como fuente de energía, el enfriador de adsorción reduce la demanda eléctrica e e para la refrigeración entre un 80 % y un . Esto alivia enormemente la carga de los motores diésel auxiliares, ahorra miles de toneladas de combustible al año y mejora drásticamente la calificación CII del buque.
Máxima robustez en mares agitados
Las leyes de la física en el mar son diferentes a las de tierra firme. Un buque se balancea, se inclina y vibra constantemente. Mientras que los enfriadores de absorción (que utilizan refrigerantes líquidos) pueden sufrir pérdidas de rendimiento debido al chapoteo en el depósito, el enfriador de adsorción utiliza un material sólido (gel de sílice o zeolita). Este sólido inamovible garantiza un proceso estable y sin problemas, incluso cuando el buque maniobra en los mares más agitados.
Prácticamente sin mantenimiento
Un sistema que no cuenta con grandes compresores mecánicos tampoco está sujeto a un desgaste mecánico significativo. Las bombas de vacío y las bombas de circulación son las únicas piezas móviles. Esto reduce los intervalos de mantenimiento, disminuye los costes de repuestos y alivia la carga de trabajo de la tripulación en la sala de máquinas.
Refrigerante 100 % respetuoso con el medio ambiente
Los gases fluorados de efecto invernadero (gases F) utilizados como refrigerantes están cada vez más regulados y son cada vez más caros debido a la normativa internacional (como la Enmienda de Kigali). El AdKM utiliza agua pura como refrigerante. No es tóxico, no es inflamable y tiene un potencial de calentamiento global (GWP) de cero. En caso de fuga, no hay peligro ni para el medio ambiente ni para la tripulación.
Cumplimiento de los requisitos normativos
Las mejoras en eficiencia logradas mediante la refrigeración por adsorción son hoy más importantes que nunca. Desde principios de 2023, se aplican al transporte marítimo internacional estrictas normativas de la OMI sobre eficiencia energética e intensidad de carbono, incluyendo el EEXI (Índice de Eficiencia Energética de Buques Existentes) y el CII (Indicador de Intensidad de Carbono). Un buque que reciba una calificación CII baja (D o E) debe presentar planes de rectificación y corre el riesgo de perder su licencia de explotación.
Dado que la electricidad en los buques se genera mediante generadores diésel, cada kilovatio-hora de electricidad ahorrado en refrigeración mejora automáticamente la huella de carbono. Los pioneros del sector ya están marcando el camino: como parte del proyecto de investigación de la UE Engimmonia, se está probando un enfriador de adsorción optimizado en el transbordador de pasajeros F/B Elyros, que utiliza específicamente el calor residual del motor para refrigerar las grandes zonas de pasajeros.
Por muy avanzado que sea un enfriador por adsorción en la sala de máquinas, pierde su valor tecnológico y económico si la refrigeración generada se pierde en su camino hacia los consumidores. En los grandes buques de carga o cruceros, el agua enfriada a entre 5 y 7 °C en el evaporador a menudo tiene que transportarse cientos de metros: hasta las unidades de aire acondicionado de los camarotes, hasta las cámaras frigoríficas para las provisiones o hasta las salas de servidores y técnicas. La calidad del diseño de la ingeniería de instalaciones del edificio se hace especialmente patente en la distribución de los fluidos. Las condiciones en el mar son extremadamente exigentes para los sistemas de tuberías.
Para garantizar que el ciclo térmico del sistema sea totalmente libre de pérdidas, seguro y duradero, los astilleros, los diseñadores y las compañías navieras confían en los avanzados sistemas de tuberías de plástico de, como aquatherm blue. La tubería, fabricada en polipropileno de alta resistencia (PP-RCT), ha sido desarrollada especialmente para hacer frente a los retos de la tecnología de refrigeración y climatización, y demuestra plenamente sus ventajas en aplicaciones marítimas.
El sector naviero debe reducir drásticamente las emisiones y el consumo de combustible. Los enfriadores por adsorción contribuyen de manera significativa a ello: convierten el calor residual del motor, que ya está disponible, directamente en refrigeración útil. Esta eliminación de los compresores, grandes consumidores de energía, ahorra hasta un 80 % de la energía eléctrica de refrigeración y mejora significativamente la calificación CII obligatoria del buque. Dado que el sistema utiliza agua como refrigerante y sorbentes sólidos, tampoco se ve afectado en absoluto por el mar agitado ni por las estrictas normativas medioambientales.
Sin embargo, la máxima eficiencia en la refrigeración se pierde si la infraestructura no está diseñada de forma óptima. El aire salino del mar, la alta humedad y las vibraciones constantes llevan al límite a las tuberías metálicas convencionales debido a la corrosión y la condensación. Por lo tanto, una planificación de instalaciones técnicas en el mar preparada para el futuro y rentable requiere un cambio de sistema para la distribución de fluidos. Solo con sistemas de tuberías de plástico ligeros, aislantes térmicos y permanentemente libres de corrosión, como aquatherm blue (PP-RCT), se puede cerrar el circuito térmico de forma segura y sin pérdida de capacidad de refrigeración.
¿Está pensando en integrar un sistema de refrigeración por adsorción respetuoso con el clima en el mar o busca sistemas de tuberías duraderos y libres de corrosión para circuitos de refrigeración marítimos? Ya sea para nuevas construcciones o para reformas, aquatherm apoya a los proyectistas, astilleros y armadores desde la planificación inicial del trazado y la especificación de materiales hasta la implementación final. Aproveche nuestra experiencia en el sector marítimo.
