La invención de Carré para el frío

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Tras el apellido Carré está la historia de éxito de la primera máquina de enfriamiento por absorción, un método que, aún hoy en día, es utilizado por los beneficios económicos y ecológicos que aporta al aprovechar las energías renovables

Ámbar Herrera

“A todos los que les pueda interesar, tengan en cuenta que yo, Ferdinand Philip Edward Carré, de París, Francia, he inventado ciertas mejoras en los medios para producir frío o hacer hielo”, así se publicó la primera patente de una máquina de enfriamiento por absorción de la historia.

Sin embargo, el desarrollo científico en el campo de la refrigeración por absorción se remonta varios años antes de que el apellido Carré figurara en la historia. De acuerdo con el presidente de CIBSE Heritage Group, Brian Roberts, uno de los antecedentes fue el estudio de Joseph Priestley, en 1784, para aislar el amoniaco (NH3), oxígeno y dióxido de carbono (CO2), así como la investigación del físico Michael Faraday, en 1823, acerca de la absorción del NH3 a través del cloruro de plata para producir enfriamiento.

Décadas después, en 1850, el hermano menor de Carré, Edmond, inventó un dispositivo de refrigeración de absorción intermitente que usaba agua y ácido sulfúrico, el cual llegó a usarse en los cafés de París. A partir de este modelo, Ferdinand continuó trabajando en el proceso y estudió las diversas máquinas de enfriamiento con éter etílico y NH3, hasta que logró mejorarlo. “En 1858 desarrolló una máquina que usaba amoniaco como refrigerante y agua como absorbente”, escribe Roberts.

Figura 1. Diagráma de la máquina de Carré de 1859. Brian Roberts, Ferdinand P.E. Carré, CIBSE Heritage Group

En 1859 (Figura 1), Carré patentó su invención en Francia, y en Estados Unidos, en 1860; fue fabricada, en 1861, por Mignon & Rouar de París. En 1862, el francés exhibió su máquina de hacer hielo en la Exposición Universal de Londres, donde produjo 200 kilos de hielo por hora. Finalmente, en 1886 comenzó su comercialización a nivel industrial.

Figura 2. El refrigerador de absorción doméstica intermitente de Carré de 1859. Brian Roberts, Ferdinand P.E. Carré, CIBSE Heritage Group

Descripción del sistema
El artículo Making science cooler: Carré’s apparatus, de la Universidad de Lisboa, contiene varios grabados del aparato creado por Carré, así como una descripción de su funcionamiento. De acuerdo con Maria do Carmo Elvas, Isabel Peres y Sara Carvalho, autoras de la investigación, la máquina de Carré, patentada en 1859, consistía en dos macetas herméticamente cerradas comunicadas por medio de tubos (Figura 2).

A es el cilindro que contenía una solución concentrada de amoniaco (en estado gaseoso disuelto en agua), que se calentaba en un horno. En tanto, la letra E representa un recipiente en forma de cono truncado que tenía una cavidad en el centro y se encontraba sumergido en agua.

El funcionamiento, explican los investigadores, era el siguiente: la solución de NH3 del cilindro A se calienta y, a través de todos los tubos de conexión, pasa al recipiente E. Al llegar ahí no encuentra salida, se acumula y, bajo la influencia del enfriamiento y una presión considerable, se licúa. En ese momento, el cilindro generador (A) se sumerge en un recipiente de agua fría y, en consecuencia, se enfría. El gas que se licúa en el recipiente (E) vuelve a un estado gaseoso, una absorción de calor correspondiente acompaña este cambio, y el agua disuelve una vez más el amoniaco y la solución acuosa de NH3 formada en A. Después de este proceso es posible sacar de la cavidad un bloque de hielo.

El éxito industrial

Aunque este primer aparato producía hielo utilizando pequeñas porciones de carbón, no podía generar grandes cantidade. Para resolver esto, Ferdinand creó otra máquina construida a una escala mucho mayor que permitió la fabricación artificial de hielo a nivel industrial.

En el libro de divulgación científica La frontera del frío, Manuel Zamora resume las etapas del ciclo frigorífico por absorción mediante el acoplamiento del agua y del amoniaco (Figura 2):

  • Una caldera o generador contiene la solución de amoniaco
  • Con el calor, el NH3 se hace insoluble y se libera en forma de gas puro a presión elevada
  • El amoniaco se refrigera con una corriente de aire o agua
  • Se licúa en el condensador
  • El NH3 líquido se expande en la válvula y entra en contacto térmico con la sustancia que debe enfriarse
  • La disminución de la presión provoca la vaporización del líquido y la posterior expansión del vapor, que le hace enfriar significativamente
  • El NH3 a baja presión se devuelve a la fase líquida original, donde vuelve a disolverse en el absorbedor, para luego volver al generador mediante una bomba

La máquina de absorción de Carré, afirma Zamora en su libro, “fue la primera máquina frigorífica con una verdadera importancia industrial”; su fabricación, añade, se extendió a Alemania, Gran Bretaña, Norteamérica y Australia. Con el tiempo, el enfriamiento por absorción fue sustituido por las máquinas de compresión de vapor, dado que éstas demostraron tener un mayor rendimiento.

Grabado que representa un aparato de enfriamiento industrial de Carré

El sistema de absorción de Carré continuó en uso hasta principios de 1900, después del fallecimiento de su inventor el 11 de enero de 1900 en Pommeuse, Seine-et-Marne. Los refrigeradores de absorción entraron al mercado norteamericano en 1926, pero en 1950 se dejaron de utilizar y fueron sustituidos por los equipos de compresión mecánica. Sin embargo, a finales de los años 70 del siglo XX volvieron a utilizarse, debido a las ventajas que podían ofrecer al aprovechar energías alternativas.

Con el pasar del tiempo, el ciclo de enfriamiento por absorción ha experimentado diversos cambios en el par refrigerante/absorbente, siendo agua/bromuro de litio y amoniaco/agua los disponibles comercialmente en el mercado. El uso de estos sistemas ha demostrado tener ventajas económicas y ecológicas, al aprovechar energías como la solar o la calorífica residual, por lo que actualmente son ampliamente utilizados por diversas industrias a nivel mundial.