ABSORCIÓN
INTRODUCCIÓN
La absorción
constituye una de las operaciones unitarias más relevantes dentro de la
ingeniería química y de procesos, y forma parte del grupo de fenómenos basados
en la transferencia de masa entre
distintas fases. Este proceso se fundamenta en la capacidad de
ciertos líquidos absorbentes para capturar y disolver componentes presentes en
una mezcla gaseosa, ya sea mediante fenómenos físicos de solubilidad o a través
de reacciones químicas específicas.
Aunque su principio operativo puede parecer sencillo la
interacción entre un gas y un líquido, su implementación en entornos
industriales exige un diseño riguroso, cálculos precisos de dimensionamiento, y
un control operativo cuidadoso debido a la complejidad de los fenómenos que
intervienen.
El proceso de absorción tiene una amplia presencia en la
industria debido a su eficacia para eliminar gases contaminantes, recuperar
sustancias de valor y funcionar como una etapa intermedia esencial en la
producción de diversos compuestos químicos. Las torres de absorción son los
equipos utilizados para facilitar esta operación, ya que permiten un contacto
eficiente entre el gas y el líquido absorbente, generalmente mediante un flujo
en contracorriente, lo cual incrementa la transferencia de masa entre fases.
Desde una perspectiva ingenieril, su diseño requiere
integrar múltiples disciplinas, como el análisis de equilibrio de fases, el
estudio de la cinética de transferencia de masa, la dinámica de fluidos dentro
del equipo, y los aspectos termoquímicos, especialmente cuando se presentan
reacciones entre los componentes. Estos elementos se traducen en sistemas que
deben proporcionar una extensa superficie de contacto, eficiencia energética,
alta capacidad de procesamiento y estabilidad operacional.
En contextos industriales contemporáneos, la absorción
representa una tecnología clave en áreas como la petroquímica, farmacéutica,
alimentaria, energética y ambiental, destacándose por su flexibilidad frente a
distintos compuestos y condiciones de operación. El desarrollo de nuevos
materiales de empaque, el uso de herramientas de simulación computacional y la
implementación de sistemas de monitoreo en tiempo real han elevado notablemente
el rendimiento y la capacidad de supervisión de estos procesos.
Por tanto, una comprensión integral de la absorción, que
abarque desde sus principios científicos hasta sus configuraciones tecnológicas
y aplicaciones industriales, es esencial para diseñar y optimizar operaciones
de alta eficiencia y cumplimiento ambiental.
La absorción
puede describirse como un procedimiento físico-químico mediante el cual un
componente presente en una corriente en estado gaseoso se incorpora a un fluido
condensado que actúa como medio recolector. Este fenómeno se manifiesta por el
paso de materia desde una fase dispersa hacia otra continua, en función de
diferencias de concentración, solubilidad y, en algunos casos, afinidad química.
Este mecanismo se lleva a cabo en sistemas especialmente
diseñados para promover el intercambio eficiente entre las dos fases
involucradas, favoreciendo la permanencia del compuesto en el seno líquido.
Dependiendo de las características del sistema, dicho proceso puede realizarse
con o sin interacción química entre los constituyentes, lo que influye
directamente en la capacidad de retención del fluido receptor.
Ilustración 1: - Esquema Conceptual del Proceso de Absorción
La operación en sí representa una herramienta ampliamente extendida para la
separación y recuperación de compuestos en medios industriales, y su
implementación depende de múltiples variables que influyen tanto en el
rendimiento como en la selección del equipo apropiado.
Equipos asociados
El dispositivo más comúnmente empleado en procesos de absorción
es la columna de absorción, también conocida como torre, la cual puede
construirse con materiales de empaque interno o mediante una serie de platos o
bandejas que facilitan el contacto entre las fases. Entre otras configuraciones
utilizadas, se encuentran:
·
Torre de burbujeo; Se basa en la
introducción del gas en la parte inferior del recipiente, permitiendo que
ascienda en forma de burbujas a través del líquido, lo que resulta
especialmente eficiente para gases con alta solubilidad.
·
Torre pulverizadora, o spray tower;
Utiliza boquillas para atomizar el líquido absorbente en pequeñas gotas que
interactúan con la corriente gaseosa, y se emplea con frecuencia cuando se
manipulan gases con contenido corrosivo o partículas suspendidas.
·
Torre pelicular; Se emplea
principalmente en sistemas de baja capacidad, como los utilizados en
laboratorios, donde el líquido se desliza formando una lámina fina sobre
superficies internas. Esta configuración promueve una transferencia de masa
eficiente en procesos con caudales reducidos.
·
Absorbedores de lecho móvil; Integran
sólidos granulados impregnados con absorbente líquido, ofreciendo una acción
conjunta de separación por absorción y efectos similares a la adsorción física.
·
Absorbedores rotatorios; Incorporan un
elemento mecánico giratorio que intensifica la turbulencia interna, mejorando
el contacto entre el gas y el líquido dentro de sistemas compactos.
·
Absorbedores por membrana; Utilizan una
barrera permeable selectiva para permitir el paso dirigido de ciertos compuestos
desde el gas al absorbente, con alta precisión y mínimo requerimiento de
solvente, lo que los hace ideales para procesos de separación con elevadas
exigencias de pureza o recuperación específica
Funcionamiento y principios de diseño
El diseño eficiente de un sistema de absorción no solo
depende de la elección del tipo de equipo, sino de la comprensión profunda de
los fenómenos fisicoquímicos que rigen su comportamiento. En esta sección se
detallan los principios fundamentales que permiten dimensionar, operar y
controlar estas unidades de separación, garantizando un rendimiento óptimo en
condiciones industriales.
Equilibrio de fases: Ley de Henry. - Uno de los pilares termodinámicos del proceso de absorción es la ley de Henry, que establece que la concentración de un gas disuelto en un líquido es directamente proporcional a su presión parcial en la fase gaseosa. Esta relación se expresa mediante la ecuación C = H \cdot P, donde C es la concentración del gas en el líquido, P su presión parcial y H la constante de proporcionalidad característica del sistema. Este principio permite estimar la capacidad máxima de disolución del gas en el absorbente bajo condiciones de equilibrio, siendo especialmente útil en absorciones físicas. En procesos con reacción química, el equilibrio puede verse desplazado, aumentando la capacidad efectiva del sistema.
Cinemática de transferencia de masa. - La eficiencia
de la absorción está estrechamente relacionada con la velocidad con la que el
soluto migra desde la fase gaseosa hacia la líquida. Este proceso depende del
gradiente de concentración entre ambas fases y se cuantifica mediante
coeficientes de transferencia de masa. La utilización de dispositivos como
empaques o platos busca aumentar el área de contacto interfacial, lo que
acelera la difusión del soluto. El flujo molar transferido puede modelarse con
leyes derivadas de la difusión molecular, como la ley de Fick, y se representan
con expresiones del tipo:
Donde:
·
· KG Y KL son los
coeficientes globales de transferencia de masa en cada fase, y los subíndices
representan concentraciones en el seno y en la interface de cada medio.
Configuración en contracorriente; El flujo en
contracorriente, en el que el gas asciende mientras el líquido desciende, es el
más utilizado en sistemas industriales debido a que maximiza el gradiente de
concentración entre las fases a lo largo de toda la columna. Esta disposición
favorece un mayor aprovechamiento del absorbente y permite lograr una mayor
remoción del soluto sin necesidad de un número excesivo de etapas. En el
diseño, se utilizan herramientas como los diagramas de equilibrio y las líneas
de operación para determinar el número de etapas teóricas o la altura del
empaque.
Control y monitoreo operativo; El adecuado
funcionamiento del sistema depende del seguimiento y ajuste continuo de
variables operativas que influyen en la eficiencia y seguridad del proceso.
Entre los elementos de control más relevantes se incluyen:
· Caudal metros, para monitorear y ajustar el
flujo tanto del gas como del líquido.
· Válvulas de regulación, que permiten mantener
presiones y caudales dentro de los rangos óptimos.
· Sensores de nivel, temperatura y presión,
fundamentales para evitar condiciones no deseadas como sobrellenado, pérdida de
carga excesiva o condiciones térmicas fuera de especificación.
· Sistemas de control automático (PID), que
ajustan dinámicamente las variables ante perturbaciones externas, manteniendo
el proceso en régimen estable.
ESQUEMA
Un equipo de absorción es una unidad de operación que permite la transferencia de masa desde una fase gaseosa a una líquida. Se utiliza para remover componentes específicos del gas, como CO₂, SO₂ o compuestos orgánicos volátiles, mediante un líquido absorbente. El diseño más común es la columna de absorción empacada, donde el gas asciende y el líquido desciende en contracorriente.
Aquí tienes un esquema representativo:
Principales Partes Del Equipo
·
Entrada de gas contaminado (parte inferior):
el gas a tratar ingresa por aquí y asciende por el interior de la columna.
· Entrada de líquido (justo arriba): aquí
se inyecta el líquido absorbente que desciende por gravedad, en contraflujo al
gas.
· Distribuidor de líquido: garantiza que el
líquido se distribuya uniformemente sobre el empaque para maximizar el contacto
entre fases.
· Sección empacada: contiene el material de
empaque (como anillos Raschig o Berl saddles), donde se produce la
transferencia de masa entre gas y líquido.
· Salida de gas limpio (parte superior):
tras el tratamiento, el gas limpio sale por esta salida.
CLASIFICACIÓN
En los procesos industriales donde intervienen gases y
líquidos, la absorción constituye una de las principales operaciones de
transferencia de masa. Su clasificación técnica puede abordarse desde la forma
en que ocurre la interacción entre las fases involucradas, permitiendo
distinguir diferentes mecanismos según las condiciones del sistema y la
naturaleza del soluto y del absorbente. Esta diferenciación es clave para
seleccionar adecuadamente los parámetros operativos, el diseño del equipo y la
viabilidad del proceso. A partir de esta base, es posible desarrollar una
caracterización más detallada de los distintos tipos de absorción, considerando
tanto sus principios fisicoquímicos como sus aplicaciones prácticas.
Mecanismos
de transferencia
El mecanismo de transferencia en la absorción se basa en el
paso de un componente desde la fase gaseosa hacia la líquida, impulsado por un
gradiente de concentración. Este proceso ocurre a través de la interfase
gas-líquido, donde la eficiencia depende de la solubilidad del gas y las
condiciones del sistema. La transferencia puede ser puramente física o
acompañarse de una reacción química.
Absorción física
Se basa en la disolución del gas en el líquido absorbente
sin que ocurra una reacción química. este proceso depende principalmente de la
solubilidad del gas, la presión parcial y la temperatura del sistema. es un
fenómeno reversible y suele seguir la ley de henry.
Ejemplos:
·
Captura de CO₂ en agua: En sistemas de
tratamiento de aire comprimido, el dióxido de carbono se disuelve físicamente
en agua para reducir su concentración antes de procesos sensibles.
·
Absorción de amoníaco en agua: Utilizado
en sistemas de refrigeración por absorción (ciclo amoníaco-agua), donde el
amoníaco se disuelve físicamente en el agua sin reaccionar químicamente.
Absorción química
En la absorción química, el gas absorbido reacciona
químicamente con el líquido absorbente, formando un nuevo compuesto. Este tipo
de absorción es irreversible en la mayoría de los casos y suele ser más
eficiente, aunque requiere mayor control térmico y regeneración del absorbente.
Ejemplos:
·
Remoción de SO₂ con hidróxido de calcio
(Ca(OH)₂): En torres de lavado de gases (scrubbers), el dióxido de azufre
reacciona con soluciones alcalinas para formar sulfito o sulfato de calcio,
reduciendo emisiones contaminantes.
·
Captura de CO₂ con soluciones de aminas (MEA,
DEA): En plantas de procesamiento de gas natural o captura de carbono
postcombustión, el CO₂ reacciona con mono etanolamina formando compuestos
carbamato.
·
Neutralización de HCl con NaOH: En
procesos de tratamiento de gases ácidos, el ácido clorhídrico gaseoso es
absorbido y neutralizado por hidróxido de sodio, formando cloruro de sodio y
agua.
Tipos de
operación
La absorción puede realizarse de forma continua, con flujo
constante de gas y líquido para procesos industriales a gran escala, o por
lotes, en etapas discretas ideales para ensayos de laboratorio y producciones
intermitentes. La elección depende del nivel de control requerido y del volumen
operativo.
Absorción continua
Desde el punto de vista operacional, la absorción puede
realizarse de forma continua, donde el gas y el líquido fluyen sin interrupción
a través del equipo. Esto permite mantener una operación estable y eficiente a
gran escala, como es típico en plantas industriales.
Ejemplos de aplicación continua incluyen:
·
Plantas de tratamiento de gases industriales,
donde se utiliza una columna empacada para remover CO₂ con soluciones de
aminas.
·
Sistemas de desulfuración de gases de
combustión, que emplean scrubbers para eliminar SO₂ en centrales térmicas.
·
Procesos petroquímicos, donde se usan columnas
de platos para absorber hidrocarburos ligeros en aceites pesados.
Absorción por lotes (batch)
En contraste, la absorción por lotes se lleva a cabo en
etapas discretas, cargando una cantidad fija de líquido y gas. Esto permite un
mayor control experimental y es común en entornos de laboratorio o procesos de
producción intermitente.
Ejemplos de aplicación por lotes incluyen:
·
Ensayos de laboratorio con reactores agitados
con camisa, donde se estudia la cinética de absorción de gases ácidos.
·
Torre de burbujeo utilizada para absorber
amoníaco en agua en pruebas piloto.
·
Celdas de absorción cerradas, empleadas para
evaluar la eficiencia de nuevos absorbentes en condiciones controladas.
Equipos utilizados
Los equipos utilizados en los procesos de absorción varían
según la escala y aplicación del sistema, y cada uno presenta ventajas
específicas.
·
Columnas empacadas son ampliamente
utilizadas por su elevada eficiencia en la transferencia de masa, ya que
incorporan materiales de relleno que aumentan significativamente el área de
contacto entre fases.
· Columnas de platos permiten dividir el
flujo en etapas discretas de equilibrio, por lo que resultan especialmente
adecuadas en procesos que implican reacciones químicas controladas.
· Torres de burbujeo, de diseño más simple
y bajo costo operativo, se emplean habitualmente en laboratorios o procesos a
pequeña escala, facilitando el paso del gas a través del líquido en forma de
burbujas. Finalmente,
· Scrubbers o lavadores de gases combinan
la absorción con la remoción de partículas contaminantes del aire, lo que los
convierte en una solución eficaz para el tratamiento de emisiones en
instalaciones industriales.
Según la temperatura
La absorción se clasifica térmicamente en isotérmica,
exotérmica o endotérmica, según cómo varía la temperatura durante el proceso.
Absorción isotérmica
La temperatura del sistema se mantiene constante durante
todo el proceso. Es típica de sistemas donde no hay reacción química, y la
transferencia de masa ocurre por disolución física del gas en el líquido.
Ejemplos:
·
Disolución de CO₂ en agua en columnas empacadas
para procesos de purificación de aire.
·
Absorción de amoníaco en agua en torres de
burbujeo dentro de ciclos de refrigeración por absorción.
·
Captura de vapores orgánicos en aceites pesados
sin reacción química.
Absorción Exotérmica
Se libera calor debido a una reacción química entre el gas
absorbido y el líquido absorbente. Este calor debe ser controlado para evitar
sobrecalentamiento y pérdida de eficiencia.
Ejemplos:
·
Neutralización de SO₂ con soluciones alcalinas
(como hidróxido de calcio o sodio) en scrubbers industriales.
·
Captura de CO₂ con mono etanolamina (MEA) en
plantas de tratamiento de gas natural.
·
Absorción de HCl gaseoso con NaOH en columnas de
platos, generando cloruro de sodio y agua.
Absorción Endotérmica
El proceso requiere un suministro externo de calor para
mantenerse, ya que la absorción no ocurre espontáneamente. Es menos común y
suele estudiarse en condiciones controladas.
Ejemplos:
·
Absorción de gases poco solubles en líquidos a
baja temperatura, como el nitrógeno en agua, en sistemas experimentales.
·
Procesos de absorción de ozono en soluciones
acuosas, donde se requiere energía para mantener la estabilidad del sistema.
·
Ensayos en reactores agitados con camisa
térmica, donde se estudian mecanismos endotérmicos con bajo cambio de entalpía.
APLICACIÓN EN
LA INDUSTRIA
En cuanto a sus aplicaciones
industriales, la absorción se emplea en la industria química y petroquímica para remover CO₂
o H₂S en corrientes de gas natural, en plantas termoeléctricas
para desulfurar gases de combustión, y en sistemas de refrigeración por absorción como los ciclos
amoníaco-agua o bromuro de litio-agua usados en edificios industriales. También
se utiliza en la industria
farmacéutica y alimentaria para purificación de aire,
eliminación de compuestos volátiles o control de humedad, y en plantas de tratamiento de agua para
desgasificación o ajuste de pH mediante absorción de gases disueltos.
Ejemplo de aplicación en la industria de conservas de
atún cocido
Durante el proceso de esterilización térmica en autoclaves,
se generan vapores cargados de compuestos volátiles como aminas, aldehídos y
compuestos azufrados, que pueden afectar la calidad del ambiente y generar
olores indeseables. Para controlar estas emisiones, muchas plantas utilizan
scrubbers húmedos o torres de absorción que capturan estos gases mediante
soluciones acuosas o alcalinas. Este sistema no solo mejora las condiciones
sanitarias y ambientales dentro de la planta, sino que también cumple con
normativas de emisiones atmosféricas en la industria alimentaria.
Ejemplo de la aplicación de la absorción en la industria
de bebidas lácteas
La aplicación de la absorción en la industria de bebidas
lácteas es el tratamiento de aire en líneas de envasado aséptico. Durante la
producción de leches saborizadas, yogures líquidos o bebidas lácteas UHT
(temperatura ultra alta), se requiere mantener un entorno libre de
contaminantes gaseosos y olores que puedan afectar la calidad del producto.
Para ello, se utilizan sistemas de absorción con filtros químicos o scrubbers
compactos, que eliminan compuestos volátiles como amoníaco, aldehídos o trazas
de cloro presentes en el aire de proceso. Esto garantiza condiciones higiénicas
estables y evita la contaminación cruzada en zonas críticas como túneles de
esterilización o salas blancas.
CONCLUSIÓN
La absorción constituye una operación unitaria esencial para
la separación de componentes gaseosos mediante su incorporación a una fase
líquida, siendo ampliamente utilizada en procesos industriales por su eficacia,
flexibilidad y capacidad de adaptación a distintas condiciones operativas. Su
aplicación abarca desde la purificación de gases contaminantes hasta etapas
críticas en la síntesis de productos químicos, con impacto directo en la
eficiencia del proceso y en el cumplimiento de normas ambientales. Las torres
empacadas destacan como equipos versátiles que, gracias a su alta superficie de
contacto y bajo requerimiento energético, optimizan la transferencia de masa en
configuraciones compactas y de gran rendimiento.
Comprender los fundamentos que rigen este proceso como el
equilibrio de fases, la transferencia de masa, el flujo en contracorriente y el
monitoreo de variables críticas permite diseñar y operar equipos de manera
eficiente y estable. Asimismo, la diversidad de mecanismos involucrados
(físicos o químicos), las modalidades operativas (continuas o por lotes) y las
variaciones térmicas, amplían significativamente el rango de aplicaciones
industriales. Dominar estos aspectos es clave para los profesionales orientados
a sistemas sostenibles, controlados y de alto desempeño.
Link del video:
Diapositivas:
Informe:
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