Un refrigerador de absorción es un refrigerador que utiliza una fuente de calor para proporcionar la energía necesaria para impulsar el proceso de enfriamiento. La energía solar , la quema de un combustible fósil, el calor residual de las fábricas y los sistemas de calefacción urbana son ejemplos de fuentes de calor convenientes que se pueden utilizar. Un refrigerador de absorción utiliza dos refrigerantes: el primer refrigerante realiza un enfriamiento por evaporación y luego es absorbido por el segundo refrigerante; se necesita calor para restablecer los dos refrigerantes a sus estados iniciales. Los refrigeradores de absorción se utilizan comúnmente en vehículos recreativos (RV), autocaravanas y caravanas porque el calor necesario para alimentarlos puede ser proporcionado por un quemador de combustible de propano, por un calentador eléctrico de CC de bajo voltaje (de una batería o sistema eléctrico del vehículo) o por un calentador eléctrico alimentado por la red eléctrica . Los refrigeradores de absorción también se pueden utilizar para acondicionar el aire de los edificios utilizando el calor residual de una turbina de gas o un calentador de agua en el edificio. El uso del calor residual de una turbina de gas hace que la turbina sea muy eficiente porque primero produce electricidad , luego agua caliente y, finalmente, aire acondicionado: trigeneración .
A diferencia de los sistemas de refrigeración por compresión de vapor más comunes , un refrigerador de absorción no tiene partes móviles.
En los primeros años del siglo XX, el ciclo de absorción de vapor con sistemas de agua y amoníaco era popular y se utilizaba ampliamente, pero después del desarrollo del ciclo de compresión de vapor perdió gran parte de su importancia debido a su bajo coeficiente de rendimiento (aproximadamente una quinta parte del del ciclo de compresión de vapor). Los refrigeradores de absorción son una alternativa popular a los refrigeradores de compresor tradicionales en los casos en que la electricidad no es confiable, es costosa o no está disponible, o en los casos en que el ruido del compresor es problemático; o en los casos en que hay calor excedente.
En 1748, en Glasgow, William Cullen inventó las bases de la refrigeración moderna, aunque no se le atribuye ninguna aplicación práctica. Puede encontrar más información sobre la historia de la refrigeración en el párrafo Investigación sobre refrigeración en la página Refrigeración .
La refrigeración por absorción utiliza el mismo principio que la refrigeración por adsorción , inventada por Michael Faraday en 1821, pero en lugar de utilizar un adsorbedor sólido, en un sistema de absorción un absorbedor absorbe el vapor de refrigerante en un líquido.
El enfriamiento por absorción fue inventado por el científico francés Ferdinand Carré en 1858. [1] El diseño original utilizaba agua y ácido sulfúrico. En 1922, dos estudiantes del Instituto Real de Tecnología de Estocolmo , Suecia , Baltzar von Platen y Carl Munters , mejoraron el principio con una configuración de tres fluidos. Este diseño "Platen-Munters" puede funcionar sin bomba.
La producción comercial comenzó en 1923 por la recién formada empresa AB Arctic , que fue comprada por Electrolux en 1925. En la década de 1960, la refrigeración por absorción experimentó un renacimiento debido a la importante demanda de refrigeradores para caravanas (remolques de viaje). AB Electrolux estableció una subsidiaria en los Estados Unidos, llamada Dometic Sales Corporation. La empresa comercializó refrigeradores para vehículos recreativos (RV) bajo la marca Dometic . En 2001, Electrolux vendió la mayor parte de su línea de productos de ocio a la empresa de capital de riesgo EQT, que creó Dometic como una empresa independiente. Dometic todavía vende refrigeradores de absorción a partir de 2021. [2]
En 1926, Albert Einstein y su antiguo alumno Leó Szilárd propusieron un diseño alternativo conocido como el refrigerador Einstein . [3]
En la Conferencia TED de 2007 , Adam Grosser presentó su investigación sobre una nueva unidad de refrigeración de vacunas de "absorción intermitente" muy pequeña para su uso en países del tercer mundo. El refrigerador es una unidad pequeña que se coloca sobre una fogata y que luego se puede usar para enfriar 15 litros (3,3 galones imperiales; 4,0 galones estadounidenses) de agua justo por encima del punto de congelación durante 24 horas en un entorno de 30 °C (86 °F). [4] El concepto era similar a un dispositivo de refrigeración temprano conocido como Icyball .
Los refrigeradores de absorción comunes utilizan un refrigerante con un punto de ebullición muy bajo (menos de −18 °C (0 °F)) al igual que los refrigeradores de compresor . Los refrigeradores de compresión generalmente usan un HCFC o HFC , mientras que los refrigeradores de absorción generalmente usan amoníaco o agua y necesitan al menos un segundo fluido capaz de absorber el refrigerante, el absorbente , respectivamente agua (para amoníaco) o salmuera (para agua). Ambos tipos utilizan enfriamiento por evaporación : cuando el refrigerante se evapora (hierve), se lleva algo de calor con él, proporcionando el efecto de enfriamiento. La principal diferencia entre los dos sistemas es la forma en que el refrigerante cambia de gas a líquido para que el ciclo pueda repetirse. Un refrigerador de absorción cambia el gas nuevamente a líquido utilizando un método que solo necesita calor y no tiene partes móviles aparte de los fluidos.
El ciclo de enfriamiento por absorción se puede describir en tres fases:
De esta forma, el sistema permite la circulación mecánica del líquido de forma silenciosa sin necesidad de una bomba convencional. Normalmente se añade un tercer fluido, gaseoso, para evitar problemas de presión cuando se produce condensación (véase más abajo).
En comparación, una bomba de calor basada en compresor funciona bombeando gas refrigerante desde un evaporador a un condensador. Esto reduce la presión y la temperatura de ebullición en el evaporador y aumenta la presión y la temperatura de condensación en el condensador. Se requiere energía de un motor eléctrico o de un motor de combustión interna para operar la bomba del compresor. La compresión del refrigerante utiliza esta energía para realizar un trabajo sobre el gas, lo que aumenta su temperatura. El gas cálido y de alta presión luego ingresa al condensador, donde experimenta un cambio de fase a líquido, liberando calor al entorno del condensador. El refrigerante líquido cálido se mueve desde el condensador de alta presión al evaporador de baja presión a través de una válvula de expansión, también conocida como válvula de estrangulamiento o válvula Joule-Thomson. La válvula de expansión vaporiza parcialmente el refrigerante enfriándolo mediante enfriamiento por evaporación y el vapor resultante se enfría mediante enfriamiento expansivo. (Esta es una combinación del enfriamiento Joule-Thomson y el trabajo realizado por el gas en expansión, ambos a expensas de la energía interna del gas). El refrigerante líquido frío y de baja presión absorberá ahora calor de los alrededores del evaporador y se vaporizará. El gas resultante ingresa al compresor y el ciclo comienza nuevamente.
Un sistema de refrigeración por absorción simple, común en las grandes plantas comerciales, utiliza una solución de bromuro de litio o cloruro de litio y agua. El agua a baja presión se evapora de los serpentines que se van a enfriar. El agua es absorbida por una solución de bromuro de litio y agua. El sistema expulsa el agua de la solución de bromuro de litio con calor. [5]
Otra variante utiliza aire, agua y una solución de agua salada. La entrada de aire cálido y húmedo se hace pasar a través de una solución pulverizada de agua salada. La pulverización reduce la humedad pero no cambia significativamente la temperatura. El aire menos húmedo y cálido se hace pasar a continuación a través de un enfriador evaporativo , que consiste en una pulverización de agua dulce, que enfría y rehumidifica el aire. La humedad se elimina del aire enfriado con otra pulverización de solución salina, lo que proporciona la salida de aire frío y seco.
La solución salina se regenera calentándola a baja presión, lo que hace que el agua se evapore. El agua evaporada de la solución salina se vuelve a condensar y se redirige de nuevo al enfriador evaporativo.
Un refrigerador de absorción de presión simple aprovecha el hecho de que la tasa de evaporación de un líquido depende de la presión parcial del vapor sobre el líquido y aumenta con una presión parcial menor. Si bien tiene la misma presión total en todo el sistema, el refrigerador mantiene una presión parcial baja del refrigerante (por lo tanto, una tasa de evaporación alta) en la parte del sistema que extrae calor del interior del refrigerador a baja temperatura, pero mantiene el refrigerante a una presión parcial alta (por lo tanto, una tasa de evaporación baja) en la parte del sistema que expulsa calor al aire a temperatura ambiente fuera del refrigerador.
El refrigerador utiliza tres sustancias: amoníaco , gas hidrógeno y agua . El ciclo es cerrado, y todo el hidrógeno, el agua y el amoníaco se recogen y se reutilizan sin cesar. El sistema se presuriza a la presión en la que el punto de ebullición del amoníaco es más alto que la temperatura del serpentín del condensador (el serpentín que transfiere calor al aire fuera del refrigerador, al estar más caliente que el aire exterior). Esta presión es típicamente de 14 a 16 atmósferas estándar (1400 a 1600 kPa), presión a la que el punto de rocío del amoníaco será de aproximadamente 35 °C (95 °F).
El ciclo de enfriamiento comienza con el ingreso de amoníaco líquido a temperatura ambiente al evaporador. El volumen del evaporador es mayor que el volumen del líquido, y el espacio sobrante lo ocupa una mezcla de amoníaco gaseoso e hidrógeno. La presencia de hidrógeno reduce la presión parcial del gas amoníaco, lo que hace que el punto de evaporación del líquido baje por debajo de la temperatura del interior del refrigerador. El amoníaco se evapora, lo que le quita una pequeña cantidad de calor al líquido y reduce su temperatura. Continúa evaporándose, mientras que la gran entalpía de vaporización (calor) fluye desde el interior más cálido del refrigerador hacia el amoníaco líquido más frío y luego hacia más gas amoníaco.
En los dos siguientes pasos, el gas amoniaco se separa del hidrógeno para poder reutilizarlo.
El gas amoniaco puro entra entonces en el condensador. En este intercambiador de calor , el gas amoniaco caliente transfiere su calor al aire exterior, que está por debajo del punto de ebullición del amoniaco a presión máxima, y por lo tanto se condensa. El amoniaco condensado (líquido) fluye hacia abajo para mezclarse con el gas hidrógeno liberado en el paso de absorción, repitiéndose el ciclo.