Absorption refrigerator

An absorption refrigerator is a refrigerator that uses a heat source to provide the energy needed to drive the cooling process. Solar energy, burning oil, waste heat from factories, and district heating systems are examples of heat sources that can be used.

An absorption refrigerator uses two coolants, the first coolant performing evaporative cooling before being absorbed into the second coolant. Heat is then needed to reset the two coolants to their initial states.

Absorption refrigerators are commonly used in recreational vehicles (RVs), campers, and caravans because the heat required to power them can be provided by either a propane fuel burner, a low-voltage DC electric heater (from a battery or vehicle electrical system) or a mains-powered electric heater. Absorption refrigerators can also be used to air-condition buildings using the waste heat from a gas turbine or water heater in the building. Using waste heat from a gas turbine makes the turbine very efficient because it first produces electricity, then hot water, and finally, air-conditioning—trigeneration.

Unlike more common vapor-compression refrigeration systems, an absorption refrigerator has no moving parts and operates almost silently.

In the early years of the 20th century, the vapor absorption cycle using water-ammonia systems was popular and widely used, but after the development of the vapor compression cycle it lost much of its importance because of its low coefficient of performance (about one fifth of that of the vapor compression cycle). Absorption refrigerators are an alternative to compressor refrigerators where electricity is unreliable, costly, or unavailable; also the silent action of the absorption refrigerator is an advantage where noise from the compressor is problematic; or where surplus heat is available.

In 1748 in Glasgow, William Cullen invented the basis for modern refrigeration, although he is not credited with a usable application. More on history of refrigeration can be found in the paragraph Refrigeration Research on page Refrigeration.

Absorption refrigeration uses the same principle as adsorption refrigeration, which was invented by Michael Faraday in 1821. Instead of using a solid adsorber, an absorber in an absorption system absorbs the refrigerant vapour into a liquid.

La refrigeración por absorción fue inventada por el científico francés Ferdinand Carré en 1858. ^{[ 1 ]} El diseño original utilizaba agua y ácido sulfúrico. El principio fue mejorado con una configuración de tres fluidos en 1922 por Baltzar von Platen y Carl Munters , dos estudiantes del Real Instituto de Tecnología de Estocolmo . Este diseño "Platen-Munters" puede funcionar sin bomba.

La producción comercial comenzó en 1923 de la mano de la recién creada empresa AB Arctic , que fue adquirida por Electrolux en 1925. Electrolux fabricó frigoríficos domésticos basados ​​en el principio de absorción hasta bien entrada la década de 1990, citando su funcionamiento silencioso como una ventaja clave frente a los frigoríficos de compresión que dominaban el mercado, aunque esta ventaja se vio mermada por su menor eficiencia.

También en la década de 1960, la refrigeración por absorción experimentó un renacimiento debido a la considerable demanda de refrigeradores para caravanas . Posteriormente, AB Electrolux estableció una filial en Estados Unidos, llamada Dometic Sales Corporation. La empresa comercializaba refrigeradores para vehículos recreativos (RV) bajo la marca Dometic . En 2001, Electrolux vendió la mayor parte de su línea de productos para el ocio a la empresa de capital riesgo EQT , que creó Dometic como empresa independiente. Dometic seguía vendiendo refrigeradores de absorción en julio de 2025. ^{[ 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 unidad de refrigeración de vacunas por "absorción intermitente" 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 a una temperatura ligeramente superior al punto de congelación durante 24 horas en un ambiente de 30 °C (86 °F) . ^{[ 4 ]} El concepto era similar a un antiguo dispositivo 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 usar HCFC o HFC , mientras que los refrigeradores de absorción suelen usar 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 evaporativo : cuando el refrigerante se evapora (hierve), se lleva consigo parte del calor, proporcionando el efecto de enfriamiento. La principal diferencia entre los dos sistemas es la forma en que el refrigerante se transforma de gas a líquido para que el ciclo pueda repetirse. Un refrigerador de absorción transforma el gas de nuevo a líquido mediante un método que solo necesita calor y no tiene partes móviles aparte de los fluidos.  

El ciclo de refrigeración por absorción se puede describir en tres fases:

• Evaporación: Un refrigerante líquido se evapora en un entorno de baja presión parcial , extrayendo así calor de su entorno (por ejemplo, del compartimento del refrigerador). Debido a la baja presión parcial, la temperatura necesaria para la evaporación también es baja.
• Absorción: El segundo fluido, en estado empobrecido, succiona el refrigerante ahora gaseoso, proporcionando así la baja presión parcial. Esto produce un líquido saturado de refrigerante que luego fluye al siguiente paso:
• Regeneración: El líquido saturado de refrigerante se calienta, lo que provoca que el refrigerante se evapore.
  1. La evaporación se produce en el extremo inferior de un tubo estrecho; las burbujas de gas refrigerante empujan el líquido con bajo contenido de refrigerante hacia una cámara superior, desde donde fluirá por gravedad hasta la cámara de absorción.
  2. El refrigerante gaseoso caliente pasa a través de un intercambiador de calor, transfiriendo su calor al exterior del sistema (por ejemplo, al aire ambiente circundante), y se condensa en un punto más elevado. El refrigerante condensado (líquido) fluye entonces por gravedad para alimentar la fase de evaporación.

De este modo, el sistema permite la circulación mecánica del líquido de forma silenciosa, sin necesidad de una bomba convencional. Generalmente, se añade un tercer fluido, gaseoso, para evitar problemas de presión cuando se produce condensación (véase más abajo).

En comparación, una bomba de calor con 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 compresora. La compresión del refrigerante utiliza esta energía para realizar trabajo sobre el gas, aumentando su temperatura. El gas caliente a alta presión entra entonces en el condensador, donde experimenta un cambio de fase a líquido y libera calor al entorno 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 estrangulamiento o válvula Joule-Thomson. La válvula de expansión vaporiza parcialmente el refrigerante, enfriándolo por evaporación, y el vapor resultante se enfría por expansión. 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 a baja presión absorberá ahora el calor del entorno del evaporador y se vaporizará. El gas resultante entra en el compresor y el ciclo comienza de nuevo.

Refrigeración por absorción mediante pulverización de agua

Otra variante utiliza aire, agua y una solución salina. El aire caliente y húmedo que se toma se hace pasar a través de una solución salina pulverizada. La pulverización reduce la humedad, pero no altera significativamente la temperatura. El aire caliente, menos húmedo, pasa luego por 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 fresco y seco.

La solución salina se regenera calentándola a baja presión, lo que provoca la evaporación del agua. El agua evaporada de la solución salina se vuelve a condensar y se redirige al enfriador evaporativo.

Refrigeración por absorción de presión única

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 a menor presión parcial. Si bien mantiene la misma presión total en todo el sistema, el refrigerador conserva una baja presión parcial del refrigerante (y, por lo tanto, una alta tasa de evaporación) en la parte del sistema que extrae el calor del interior a baja temperatura del refrigerador, pero mantiene el refrigerante a una alta presión parcial (y, por lo tanto, una baja tasa de evaporación) en la parte del sistema que expulsa el calor al aire ambiente exterior del refrigerador.

El refrigerador utiliza tres sustancias: amoníaco , hidrógeno gaseoso y agua . El ciclo es cerrado, y todo el hidrógeno, el agua y el amoníaco se recogen y se reutilizan continuamente. El sistema se presuriza para elevar el punto de ebullición del amoníaco por encima de la temperatura de la serpentina del condensador (la serpentina que transfiere calor al aire exterior del refrigerador, al estar más caliente que el aire exterior). Esta presión suele ser de 14 a 16 atmósferas estándar (1400 a 1600 kPa) , lo que sitúa el punto de rocío del amoníaco en unos 35 °C (95 °F) .   

El ciclo de enfriamiento comienza con amoníaco líquido a temperatura ambiente que ingresa al evaporador. El volumen del evaporador es mayor que el del líquido, y el espacio sobrante está ocupado por una mezcla de amoníaco gaseoso e hidrógeno. La presencia de hidrógeno disminuye la presión parcial del gas amoníaco, reduciendo así el punto de evaporación del líquido por debajo de la temperatura del interior del refrigerador. El amoníaco se evapora, absorbiendo una pequeña cantidad de calor del líquido y disminuyendo su temperatura. Continúa evaporándose, mientras que la gran entalpía de vaporización (calor) fluye desde el interior más caliente del refrigerador hacia el amoníaco líquido más frío y luego hacia más gas amoníaco.

En los dos pasos siguientes, el gas amoníaco se separa del hidrógeno para poder reutilizarlo.

1. La mezcla de amoníaco (gas) e hidrógeno (gas) fluye a través de una tubería desde el evaporador hasta el absorbedor. En el absorbedor, esta mezcla de gases entra en contacto con agua (técnicamente, una solución diluida de amoníaco en agua). El amoníaco gaseoso se disuelve en el agua, mientras que el hidrógeno, que no se disuelve, se acumula en la parte superior del absorbedor, dejando la solución concentrada de amoníaco y agua en la parte inferior. El hidrógeno se encuentra ahora separado, mientras que el amoníaco está disuelto en el agua.
2. El siguiente paso consiste en separar el amoníaco del agua. La solución de amoníaco y agua fluye hacia el generador (caldera), donde se aplica calor para evaporar el amoníaco, dejando atrás la mayor parte del agua (que tiene un punto de ebullición más alto). Parte del vapor de agua y las burbujas permanecen mezcladas con el amoníaco; esta agua se elimina en la etapa final de separación, haciéndola pasar por el separador, una serie de tuberías retorcidas con pequeños obstáculos que rompen las burbujas, permitiendo que el vapor de agua se condense y regrese al generador.

El gas amoníaco puro entra entonces en el condensador. En este intercambiador de calor , el gas amoníaco caliente transfiere su calor al aire exterior, cuya temperatura es inferior al punto de ebullición del amoníaco a presión máxima, por lo que se condensa. El amoníaco condensado (líquido) fluye hacia abajo para mezclarse con el gas hidrógeno liberado en la etapa de absorción, repitiéndose así el ciclo.

• refrigeración por adsorción
• Bola de hielo
• Refrigerador de absorción cuántica

• Levy, A.; Kosloff, R. (2012). "Refrigerador de absorción cuántica". Phys . Rev. Lett . 108 (7) 070604. arXiv : 1109.0728 . Bibcode : 2012PhRvL.108g0604L . doi : 10.1103/PhysRevLett.108.070604 . PMID 22401189. S2CID 6981288 .  

• Bombas de calor por absorción ( Oficina de Eficiencia Energética y Energías Renovables ).
• Explicación del sistema energético de Arizona con diagramas.
• Ciclo del bromuro de litio/agua : refrigeración por absorción para la climatización del campus de BYU.
• Instituto Nacional Estadounidense de Estándares . "Estándar AHRI 560–2000 para refrigeradores de absorción" (PDF) . Archivado del original (PDF) el 31 de octubre de 2012. Consultado el 31 de marzo de 2012 .