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 combustibles fósiles, el calor residual de las fábricas y los sistemas de calefacción urbana son ejemplos de fuentes de calor convenientes que pueden utilizarse. 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 usan comúnmente en vehículos recreativos (RV), casas rodantes 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 mediante un calentador eléctrico alimentado por la red . Los refrigeradores de absorción también se pueden utilizar para climatizar edificios utilizando el calor residual de una turbina de gas o un calentador de agua del 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 que utilizaba sistemas de agua y amoníaco era popular y ampliamente utilizado, pero después del desarrollo del ciclo de compresión de vapor perdió gran parte de su importancia debido a su bajo coeficiente de rendimiento (alrededor de una quinta parte). del ciclo de compresión de vapor). Los refrigeradores de absorción son una alternativa popular a los refrigeradores de compresor normales donde la electricidad no es confiable, costosa o no está disponible, o donde el ruido del compresor es problemático; o donde haya exceso de calor disponible.
En 1748, en Glasgow, William Cullen inventó la base de la refrigeración moderna, aunque no se le atribuye una aplicación utilizable. 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 , que fue inventada por Michael Faraday en 1821, pero en lugar de utilizar un adsorbedor sólido, en un sistema de absorción un absorbente absorbe el vapor del 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 Real Instituto 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 filial en Estados Unidos, denominada Dometic Sales Corporation. La empresa comercializaba frigoríficos 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 riesgo EQT , que creó Dometic como empresa independiente. Dometic seguirá vendiendo frigoríficos de absorción en 2021. [2]
En 1926, Albert Einstein y su antiguo alumno Leó Szilárd propusieron un diseño alternativo conocido como 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 colocada sobre una fogata, que luego se puede usar para enfriar 15 litros (3,3 imp gal; 4,0 gal EE.UU.) de agua hasta justo por encima del punto de congelación durante 24 horas en un ambiente de 30 °C (86 °F). [4] El concepto era similar a uno de los primeros dispositivos de refrigeración 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 suelen utilizar HCFC o HFC , mientras que los refrigeradores de absorción suelen utilizar amoníaco o agua y necesitan al menos un segundo fluido capaz de absorber el refrigerante, el absorbente , respectivamente agua (para el amoníaco) o salmuera (para el agua). Ambos tipos utilizan enfriamiento por evaporación : cuando el refrigerante se evapora (hierve), se lleva algo de calor, 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 convierte el gas nuevamente en líquido usando 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 este modo, el sistema garantiza silenciosamente la circulación mecánica del líquido sin necesidad de una bomba habitual. Generalmente se agrega un tercer fluido, gaseoso, para evitar problemas de presión cuando se produce condensación (ver 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 combustión interna para operar la bomba del compresor. La compresión del refrigerante utiliza esta energía para realizar trabajo sobre el gas, aumentando su temperatura. El gas tibio a alta presión luego ingresa al condensador donde sufre un cambio de fase a líquido, liberando calor a los alrededores del condensador. El refrigerante líquido caliente 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 estrangulación 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 de enfriamiento Joule-Thomson y trabajo realizado por el gas en expansión, ambos a expensas de la energía interna del gas). El refrigerante líquido frío y de baja presión ahora absorberá 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 grandes plantas comerciales utiliza una solución de sal 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/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. El spray reduce la humedad pero no cambia significativamente la temperatura. El aire cálido y menos húmedo pasa luego a través de un enfriador evaporativo , que consiste en un rocío de agua dulce, que enfría y rehumidifica el aire. La humedad se elimina del aire enfriado con otra pulverización de solución salina, proporcionando salida de aire fresco y seco.
La solución salina se regenera calentándola a baja presión, provocando la evaporación del agua. El agua evaporada de la solución salina se vuelve a condensar y se desvía de regreso al enfriador evaporativo.
Un refrigerador de absorción de presión única 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 más baja. Si bien tiene la misma presión total en todo el sistema, el refrigerador mantiene una presión parcial baja del refrigerante (por lo tanto, una alta tasa de evaporación) en la parte del sistema que extrae calor del interior de baja temperatura del refrigerador, pero mantiene el refrigerante. a alta presión parcial (por lo tanto, baja tasa de evaporación) en la parte del sistema que expulsa calor al aire a temperatura ambiente fuera del refrigerador.
El frigorífico utiliza tres sustancias: amoníaco , gas hidrógeno y agua . El ciclo está cerrado: todo el hidrógeno, el agua y el amoníaco se recogen y se reutilizan sin cesar. El sistema está presurizado a una presión donde el punto de ebullición del amoníaco es mayor 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 suele ser de 14– 16 atmósferas estándar (1400-1600 kPa) a cuya presión el punto de rocío del amoníaco será de aproximadamente 35 °C (95 °F).
El ciclo de enfriamiento comienza con amoníaco líquido a temperatura ambiente ingresando al evaporador. El volumen del evaporador es mayor que el volumen del líquido, siendo el exceso de espacio ocupado por una mezcla de amoníaco e hidrógeno gaseosos. La presencia de hidrógeno reduce la presión parcial del gas amoníaco, lo que reduce el punto de evaporación del líquido por debajo de la temperatura del interior del refrigerador. El amoníaco se evapora, tomando una pequeña cantidad de calor del líquido y bajando la temperatura del líquido. Continúa evaporándose, mientras que la gran entalpía de vaporización (calor) fluye desde el interior más cálido del refrigerador al amoníaco líquido más frío y luego a más amoníaco gaseoso.
En los dos pasos siguientes, el gas amoníaco se separa del hidrógeno para poder reutilizarlo.
Luego, el gas amoníaco puro ingresa al condensador. En este intercambiador de calor , el gas amoniaco caliente transfiere su calor al aire exterior, que se encuentra por debajo del punto de ebullición del amoniaco a plena presión y, por tanto, se condensa. El amoníaco condensado (líquido) fluye hacia abajo para mezclarse con el gas hidrógeno liberado del paso de absorción, repitiéndose el ciclo.