maquinas de absorcion en frio

1

LAS MQUINAS DE ABSORCIN

FUNCIONAMIENTO COMO MAQUINA

1

FUNCIONAMIENTO COMO MAQUINA FRIGORIFICA

Pag 2 MQUINA DE ABSORCINEsquema bsico

2

4 3Q K

Q2

G

Qo

Q

1

8

5

A

6'

7

7'

6

PB

Pag 3 MQUINA DE ABSORCINTransformaciones bsicas

La solucin "rica" en refrigerante penetra en generador(pto."6"), en el que se calienta por adicin de una potencia trmica,provocando con ello la separacin de vapores de refrigerante,prcticamente puros en su salida (pto."2"), los cuales soncondensados en un intercambiador por cesin de calor a un agenteexterno, con lo que se obtiene un caudal lquido de refrigerante aalta presin (pto."3").

El paso a travs de un expansor produce la laminacin hasta labaja presin (y por tanto baja temperatura) y una vaporizacinparcial de este, con lo que a la salida del rgano de estrangulacin(pto."4") coexisten las fases lquida y vapor. Es la fraccin lquidala que se encuentra en condiciones de absorber calor (produccinde fro) en el evaporador de la instalacin, mediante su ebullicin,con lo que a la salida de este intercambiador (pto."1") el estado esde vapor saturado o recalentado.


Si ahora analizamos el circuito por el que circula la mezclarefrigerante-absorbente, vemos que los vapores producidos enevaporador (pto."1") son aspirados hacia absorbedor, debido a laafinidad que por estos muestra una solucin "pobre" enrefrigerante, produciendo una mezcla rica en este componente(pto."5") a baja presin, por lo que para recuperar el refrigerante,esta solucin debe ser comprimida hasta el nivel de alta presin,proceso que tiene lugar en la bomba de la solucin (pto"6") Enproceso que tiene lugar en la bomba de la solucin (pto 6 ). Enestas condiciones se introduce en generador, en el que por adicinde calor tiene lugar la separacin; por un lado vapores derefrigerante (pto."2"), y por otro la solucin lquida restante pobreen refrigerante (pto."7") que se lleva nuevamente al absorbedorpara aprovechar su avidez por los vapores de refrigerante puro,ahora bien, dado que esta solucin pobre se encuentra a altapresin, debe expandirse (pto."8"), previamente a su entrada enabsorbedor, para alcanzar la baja presin reinante en este equipo.

2


En el esquema se observa la cesin de calor al exterior de unapotencia trmica en el absorbedor, lo que se debe al procesoexotrmico que tiene lugar en la mezcla de vapores derefrigerante y solucin pobre procedente de generador, tantomayor cuanto mayor sea la desviacin negativa que presente lasolucin respecto al comportamiento ideal establecido por la ley deRaoultRaoult.

La eliminacin de este calor se encomienda al agente externoencargado de la condensacin de los vapores de refrigerante puro,ya sea previamente a su paso por este o de forma simultnea(disposicin en paralelo), por lo tanto es razonable considerar quelas temperaturas en absorbedor y condensador son similares, y enconclusin la mquina cede las potencias trmicas "QA" y "QK" aun medio a temperatura TATK.


Una de las principales mejoras que pueden realizarsesobre el esquema propuesto, y que por su efectobenfico ha pasado a constituir un elementouniversalmente adoptado en estas mquinas, es ladisposicin de un intercambiador de calor entre lassoluciones rica y pobre cuyo objetivo es elsoluciones rica y pobre, cuyo objetivo es elprecalentamiento de la solucin rica antes de suentrada al generador mediante el enfriamiento de lasolucin pobre procedente de generador, de esta formadesciende la potencia necesaria a suministrar engenerador, as como la que es necesario eliminar enabsorbedor.

ABSORBEDOR

VaporVaporrefrigeranterefrigerante

Ab b dAb b d

AguaAguaDisipacinDisipacin(de torre)(de torre)

BombaBombaRecircul.Recircul. dilutedilute

solutionsolution

AbsorbedorAbsorbedor

Al Al generadorgenerador

CONDENSADOR

VaporVaporrefrigeranterefrigerante

CondensadorCondensador

Agua deAgua decondensacincondensacin

RefrigeranteRefrigeranteliquidoliquido

3

EXPANSOR

Liquido Liquido refrigeranterefrigeranteEvaporadorEvaporador

ExpansorExpansor

EVAPORADOR

AguaAguafrafra

RefrigeranteRefrigerantevaporvapor

EvaporadorEvaporador

Bomba recirc.Bomba recirc.evaporadorevaporador

RefrigeranteRefrigeranteliquidoliquidoAbsorbedorAbsorbedor

INTERCAMBIADOR SOLUCIONES

SolucinSolucinpobrepobre

BombaBomba

SolucinSolucinricarica

Interc.Interc.solucionessoluciones

Solucin ricaen BrLi

P 6,5 mmHg(Vaco)

Carcasa debaja presin

Agua (Frigorgeno) Solucin ricaBrLi

EVAPORADOR

CONJUNTO DE LA MQUINA

Vapor H2O ABSORBEDOR

GENERADORVapor H2O

Solucin pobreBrLi

Solucin rica

BOMBA

Vapor H2O

CO

ND

ENSA

DO

R

4

GeneradorCondensador

Evaporadorione

s

Salida agua disipacin

Aportepotencia trmica

MAQUINA DE ABSORCION UNICARCASA

Absorbedor

Bomba

Inte

rcam

biad

or d

e so

luc

Entrada agua disipacin

Entrada/salida agua fra

MAQUINA DE ABSORCION DOBLE CARCASA

CondensadorCondensador GeneradorGenerador

EvaporadorEvaporadorEvaporadorEvaporador

AbsorbedorAbsorbedor

VISTA MAQUINA DOS CARCASAS

CARCASA DE BAJA PRESION

CARCASA DE ALTA PRESION

INTERCAMBIADOR DE SOLUCIONES

BOMBA DE LA SOLUCION

BOMBA DE SOLUCIN RICA

5

CONEXIONES EXTERNAS I

CIRCUITO HIDRAULICO EVAPORADOR

CIRCUITO HIDRAULICO ABSORBEDOR

CONEXIONES EXTERNAS II

CIRCUITO HIDRAULICO DE CONDENSADOR

CIRCUITO DE APORTE A GENERADOR

Pag 19 CICLOS ABSORCINEvolucin del fluido refrigerante

p

p

K

32

p

h

14

TG

0

Pag 20 MEZCLAS FRIGORGENASDefinicin de un estado

Las canalizaciones que unen generador y absorbedor son recorridas porsoluciones acuosas de bromuro de litio en fase lquida, la definicingeneral de un estado en la mezcla precisa de tres variables segn la ley deGibbs; ya que los grados de libertad son:

c = nmero de componentes (2)

2 + f - c =

c = nmero de componentes (2)f = nmero de fases (1)

es decir, son necesarias tres variables para definir el estado de lasolucin, las cuales se reducen a dos en caso de saturacin. Con lacondicin de estado saturado puede encontrarse el ttulo de la solucin apartir de la pareja de valores (p,T).

= 3

6

Pag 21 DIAGRAMA DE OLD-HAMEvolucin de la mezcla refrigerante

p

p

K

Xo Xr Xp

p

GlimTT

o

To T = TKA TG

Pag 22 LA MQUINA FRIGORFICABalances de materia

Referido a la unidad de caudal circulante por el evaporador de lainstalacin, en rgimen permanente, pueden establecerse lossiguientes balances de materia:

Conservacin de la masa total.m = m + 1 rp

mp = caudal msico de la solucin pobre.mr = caudal msico de la solucin rica.

Conservacin de la masa de refrigerante

x . m = x . m + x . 1 rrppoxp = titulo en refrigerante de la solucin pobre.xr = titulo en refrigerante de la solucin rica.xo = titulo en refrigerante de los vapores procedentes de evaporador 1.

Pag 23 LA MQUINA FRIGORFICAClculo de caudales

De ambos balances pueden deducirselos caudales delas soluciones rica y pobre:

r1 - xp

r

r p

rp

r p

m = xx - x

m = 1 - xx - x

Pag 24 LA MQUINA FRIGORFICABalances de energa.

Por unidad de caudal circulante por evaporador, laaplicacin del primer principio aplicado al sistemaabierto, que constituye cada uno de los equipos,suministra las siguientes expresiones:

CONDENSADOR

EVAPORADOR

K 2 3Q = h - h

0Q = h - h1 4

7


ABSORBEDOR

bien, dado que 1 + mp = mr

h5 x p -x r

x p -1 -h8 x p -xrxr -1 + h1= h5 m r -h8 m p + h1= Q A

)h5-h8(m p+)h5-h1(=h5)m p+(1-h8m p+h1=Q A

con esta ltima estructura se ponen de manifiesto cuales son losfactores que determinan la necesidad de eliminar calor enabsorbedor, por un lado el trmino (h1 - h5) representaaproximadamente la condensacin de los vapores de refrigerante,mientras que el segundo trmino toma en consideracinfundamentalmente el calor sensible a eliminar en la solucin pobre,en ambos razonamientos se ha despreciado la contribucin delcalor de dilucin

)h5 h8( m p + )h5 h1( h5 )m p + (1 h8 m p + h1 Q A


GENERADOR

bien

h6 x p -x r

x p -1 -h7 x p -x rxr -1 + h2= h6 m r -h7 m p + h2= QG

como en absorbedor, sin tomar en consideracin el calor de dilucin,podemos decir que el primer trmino representa el calor a suministrar engenerador para producir la evaporacin del refrigerante, mientras que elsegundo es prcticamente el calor sensible de suministro a la solucinpobre, este ltimo tanto menor cuanto mas perfecto sea elcomportamiento del intercambiador entre soluciones (T6' T7).

)h6 -h7( m p + )h6 -h2(= h6 )m p + (1 -h7 m p + h2= QG


BOMBA DE LA SOLUCIN RICA

R B

v5 )po -p K( m r= )h5 -h6( mr= P B

Con respecto a la potencia necesaria en la bomba de la solucin, encuya expresin "v5" es el volumen especfico de la solucin rica ensu aspiracin y "RB" su rendimiento, es fcilmente demostrable quesu cuanta es ridcula frente al resto de los aportes energticos,por lo que puede ser despreciada en el clculo de la eficiencia.

Pag 28 LA MQUINA FRIGORFICAEficiencia energtica COP

En base a las anteriores expresiones, y dado que la eficaciaqueda definida como la relacin entre la potencia til y la necesariapara su obtencin, se tendr:

)h6 -h7( m p + h6 -h2h4 -h1=

QG

Qo P B + QG

Qo= COP

De la expresin obtenida, podemos concluir que el COP delsistema ser tanto mayor cuanto mas perfecto sea elfuncionamiento del intercambiador entre soluciones , ya que sieste fuese ideal, se producira igualdad entre las entalpas de losestados "7" y "6'", y en consecuencia:

h6 -h2h4 -h1= COP

8

Pag 29 LA MQUINA FRIGORFICAIncidencia del intercambiador

En el intercambiador de recuperacin es necesario hacer notar eldesequilibrio existente entre los caudales msicos puestos encirculacin, menor en el caso de la solucin pobre que en la rica.Como no existe gran diferencia entre los calores especficos deambas soluciones, se tendr, considerando prdidas despreciablesal entorno:

TT

El comportamiento de un intercambiador real se puede definir atravs del salto de temperaturas, a travs del concepto deeficiencia de intercambio, este ltimo caso es el que vamos autilizar, quedando expresada como:

T -T< T -T T -TT -T

mm< 1 7766

66

77

p

r

h6 -h7

h7 -h7= )T 6 -T7( (mc)

)T7 -T7( c p m p= q x m

q= E

min

Pag 30 MQUINA FRIGORFICATemperatura en Generador

0,7

0,8

0,9COP

Tcon = 40C Tabs = 40C Teva = 10C

70 75 80 85 90 95 100

TEMPERATURA DE GENERADOR [C]

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6 Efic 0.75Efic 0.00

Pag 31 MQUINA FRIGORFICATemperatura en Condensador

0,9

0,95COP

Tgen = 70C Tabs = 20C Teva = 10C

20 25 30 35 40 45 50 55

TEMPERATURA DE CONDENSADOR [C]

0,75

0,8

0,85

Efic = 0.75Efic = 0.00

Pag 32 MQUINA FRIGORFICATemperatura en Absorbedor

0 7

0,8

0,9COP

Tgen = 70C Tcon = 30C Teva = 10C

20 25 30 35 40 45

TEMPERATURA DE ABSORBEDOR []

0,4

0,5

0,6

0,7

Efic = 0.75Efic = 0.00

9

Pag 33 MQUINA FRIGORFICATemperatura en Evaporador

0,7

0,8

0,9COP

Tgen = 70C Tcon = 40C Tabs = 30C

5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

TEMPERATURA DE EVAPORADOR [C]

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

Efic = 0.75Efic = 0.00

Pag 34 MQUINA FRIGORFICAEficiencia del Intercambiador

0,8

0,9COP

Tgen = 70C Tcon = 40CTabs = 30C Teva = 10C

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Eficiencia [TANTO POR UNO]

0,6

0,7

Pag 35 IMPERFECCIONES EN ELFUNCIONAMIENTO REAL

Las principales causas que producen desviacionesentre los resultados reales y los obtenidos a partir delos clculos tericos, tanto para mquina frigorficacomo para bomba de calor, son:

Cristalizacin.Prdidas de carga.Efecto de la presin hidrosttica.Alejamiento de las condiciones de equilibrio.

Pag 36 IMPERFECCIONES Cristalizacin

Bajo este trmino denominamos el proceso de abandono, porparte de la sal, de la solucin acuosa, que si se produce de formacontinua origina la obturacin de las canalizaciones y laconsiguiente puesta fuera de servicio de la mquina.

Este fenmeno se produce en las soluciones acuosas como es elcaso del bromuro de litio en agua, de tal manera que para cadaconcentracin existe una temperatura por debajo de la cual sep p jdetecta la precipitacin de la sal. Una correlacin, basada en datosexperimentales, entre temperatura de cristalizacin yconcentracin en bromuro de litio es la siguiente:

siendo ahora "x" el titulo en bromuro de litio de la solucinexpresado en tanto por uno.

T [K]= -24482,825 + 119660,035 x -193206,97 x +104338,263 x

10

Pag 37 IMPERFECCIONES Causas de la cristalizacin

En mquinas de absorcin, trabajando con el par bromuro de litio- agua, lacristalizacin tiene lugar principalmente en la solucin pobre a la salida delintercambiador, generada bien por un enfriamiento acusado, bien por una altaconcentracin en absorbente (BrLi), siendo preciso en todo caso un calentamientopara conseguir el paso hacia solucin lquida.

Las causas principales que producen cristalizacin en la solucin pobre son:Bajas temperaturas del medio externo que enfra el absorbedor, en cuyo

caso la solucin rica en refrigerante abandona este equipo con bajatemperatura y es capaz de enfriar fuertemente a la solucin pobre, a su pasopor el intercambiador pudiendo desencadenar con ello la cristalizacinpor el intercambiador, pudiendo desencadenar con ello la cristalizacin.

Altas temperaturas o fuertes suministros calorficos en generador, en amboscasos se produce una solucin muy concentrada en bromuro que a su paso por elintercambiador corre peligro de cristalizar. Este proceso puede deberse a laentrada de aire, recordemos que se trabaja en vaco, por lo que las presionesaumentan ante la presencia de este incondensable, dando como resultado undescenso de la potencia frigorfica y un incremento de la potenciasuministrada por generador para aumentar aqulla.

Pag 38 IMPERFECCIONES Prdidas de carga

Las canalizaciones que interconectan por un lado evaporador yabsorbedor, y por otro generador con condensador, introducenprdidas de carga, cuyo resultado es la desigualdad de presionesentre estas parejas de equipos, de tal manera que:

p0 (evap.) > pA (absorb.)pG (gener.) > pK (condens.)

Si la presin de absorbedor es inferior a la de evaporador, elp p ,titulo en refrigerante de la solucin rica en equilibrio con latemperatura en absorbedor desciende, hacindolo tambin lacapacidad de absorcin de vapores para un mismo caudal msico.

Por su parte, la mayor presin en generador, respecto a la decondensador, trae como consecuencia, para una temperatura fijaen generador, un mayor ttulo en refrigerante para la solucinpobre y con esto una menor posibilidad de absorcin de vaporescuando sta alcance el absorbedor.

Pag 39 IMPERFECCIONES Efecto de las prdidas de carga

XpXp'pG

p

pK

Xo

Xr

Xr'

pAp0

T0 TGT

TA = TK

Pag 40 OTRAS IMPERFECCIONES

PRESIN HIDROSTTICA.En el generador, durante el proceso de separacin de refrigerante, se

decanta la solucin pobre en la parte inferior del equipo, y como consecuenciade la altura de lquido, la presin de salida de la solucin lquida es mayor que laconsiderada tericamente, siendo su efecto similar al de una mayorconcentracin en refrigerante y por tanto una menor capacidad de absorcinde vapores de refrigerante. En la mquina realmente no ocurre esteincremento de concentracin sino que se mantiene la misma concentracin peroalejada de las condiciones de saturacin; por lo que a efectos de clculo lavariacin en la concentracin produce el mismo efecto.p

ALEJAMIENTO DE LAS CONDICIONES DE EQUILIBRIO.La perfecta transferencia de calor y masa que debera producirse en el

absorbedor para conseguir unas condiciones de equilibrio en las solucionesfinales, no puede alcanzarse en los equipos reales que trabajan en la mquina,por lo que los ttulos de las soluciones no alcanzan los valores tericosdeducidos de un diagrama de Old-Ham. Este efecto de saturacin incompleta ala salida del absorbedor puede ser contabilizado como un incremento de laconcentracin en bromuro de litio.

11

MAQUINAS DE AMONIACO-AGUA Rectificador

x3v >> x1T

p 3v

Concentracin x100% de A0% de B100% de B0% de A

p

1

2

2l2v

33l 3v

1 22l

2v 33l

Calentamiento

Enfriamiento

Separacin I

Separacin II

MAQUINAS DE AMONIACO-AGUA

MAQUINAS DE AMONIACO-AGUA Pag 44 MAQUINAS DE ABSORCION

Documents

maquinas de absorcion en frio