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UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMÓN FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGIA CARRERA DE LIC. EN INGENIERIA MECANICA

REFRIGERACION Y AIRE ACONDICIONADO

SISTEMA DE ABSORCIÓN LABORATORIO - INFORME

Docente: Ing. Villegas Gonzales Luis Estudiantes: Vega Flores Iver Marcio Fecha de presentación: Lunes 11 de noviembre del 2012

Cochabamba – Bolivia

Sistema de absorción INTRODUCCION.La refrigeración por absorción es un proceso termodinámico, donde se extrae el calor de un cuerpo o espacio (bajando así su temperatura) y llevarlo a otro lugar donde no es importante su efecto. Se puede decir que es un medio de producir frío que, al igual que en el sistema de refrigeración por compresión, aprovecha que las sustancias absorben calor al cambiar de estado líquido a gaseoso. Así como en el sistema de compresión el ciclo se hace mediante un compresor, en el caso de la absorción, el ciclo se basa físicamente en la capacidad que tienen algunas sustancias, como el bromuro de litio, de absorber otra sustancia, tal como el agua, en fase de vapor. Otra posibilidad es emplear el agua como sustancia absorbente (disolvente) y como absorbida (soluto) amoníaco. JUSTIFICACIÓN.La práctica desarrollada en el laboratorio permite al estudiante poder comprender de una modo dinámico los sistemas de refrigeración –sistema por absorción-, poder apreciar los equipos en pleno funcionamiento y/o ver detalles de su actividad. El sistema de absorción es un método ampliamente utilizado (menor al sistema clásico de compresión), en distintas partes de la industria actual, su característica primordial de poder usar fuentes de calor económica, incluso residual o un subproducto destinado a desecharse, compensa ampliamente utilizar un sistema de absorción debido a la constante crisis energética por la que se atraviesa en distintos países además de poder reducir los índices de contaminación que se generan en la producción de la energía eléctrica. OBJETIVOS.1.

Explicar en detalle el sistema de absorción visto en el laboratorio de refrigeración y aire acondicionado

2.

Calcular los parámetros físicos para un determinado sistema de refrigeración por absorción.

DESARROLLO: Sistema de absorción.- Como su nombre lo indica los sistemas de refrigeración por absorción implican la absorción de un refrigerante por un medio de transporte. El sistema de refrigeración por absorción más utilizado es el sistema amoniaco-agua, donde el amoniaco (NH3) sirve como refrigerante y el agua (H2O) es el medio de transporte.4

Los ciclos se basan físicamente en la capacidad que tienen algunas sustancias, como el bromuro de litio, de absorber otra sustancia, tal como el agua, en fase de vapor. Otra posibilidad es emplear el agua como sustancia absorbente (disolvente) y como absorbida (soluto) amoníaco.

Más en detalle, en el ciclo agua-bromuro de litio, el agua (refrigerante), en un circuito a baja presión, se evapora en un intercambiador de calor, llamado evaporador, el cual enfría un fluido secundario, que refrigerará ambientes o cámaras. Acto seguido el vapor es absorbido por el bromuro de litio (absorbente) en el absorbedor, produciendo una solución concentrada. Esta solución pasa al generador, donde se separan disolvente y soluto por medio de calor procedente de una fuente externa; el agua va al condensador donde cede la mayor parte del calor recibido en el generador, y desde allí va al evaporador, a través de una válvula de expansión; el bromuro, como solución débil, vuelve al absorbedor para reiniciar el ciclo. Al igual que los sistemas de compresión que utilizan agua en sus procesos, el sistema requiere una torre de enfriamiento para disipar el calor sobrante.

Ventajas e inconvenientes El rendimiento, medido por el COP (coefficient of performance), es menor que en el método por compresión (entre 0,8 y 1,2 frente a 3 y 5,5 ). Si bien es cierto que el COP obtenido mediante compresión tiene en cuenta la energía eléctrica invertida en el compresor, que no es energía primaria en si. En cambio en un sistema de absorción la energía utilizada para el cálculo del COP es el calor aportado al generador, que sí es una energía primaria evaluable. Por tanto no se pueden comparar el COP de compresión y de absorción (es mejor y más útil compararlos a través del segundo principio de la termodinámica, para valorar la calidad de la energía utilizada). El conjunto completo paneles solares-absorción tendría un COP de entre 0,72 y 1,08 y el de compresión entre 0,54 y 1,1. Si se utiliza la energía eléctrica de la red, para el sistema de compresión, cuando ésta llega a la toma de corriente lo hace con un rendimiento inferior al 25% sobre la energía primaria utilizada para generarla, lo que reduce mucho las diferencias de rendimiento (0,8 frente a 1,37). A pesar de ello en ciertos casos, cuando la energía proviene de una fuente de calor económica, incluso residual o un subproducto destinado a desecharse, compensa ampliamente utilizar un sistema de absorción. Al calor aportado al proceso de refrigeración se le suma el calor sustraído de la zona enfriada. Con lo que el calor aplicado puede reutilizarse. Sin embargo, el calor residual se encuentra a una temperatura más baja (a pesar de que la cantidad de calor sea mayor), con lo que sus aplicaciones pueden reducirse. También se pueden utilizar intercambiadores de placas, para precalentar la solución de agua-bromuro de litio, antes de pasar al calentador (separador), utilizando el bromuro de litio ya calentado, el cual a su vez se enfría. Los aparatos generadores por absorción son más voluminosos y requieren inmovilidad (lo que no permite su utilización en automóviles, lo que sería muy conveniente como ahorro de energía puesto que el motor tiene grandes excedentes de energía térmica, disipada en el radiador). Otras de las formas de aprovechamiento, es a través de la Cogeneración (en este caso, mejor dicho, Trigeneración), es decir, el aprovechamiento del calor residual de las centrales termoeléctricas, es decir, de una energía gratuita.

Resumen de la práctica en el laboratorio: El funcionamiento del equipo de refrigeración por absorción tiene las siguientes características:     

Funciona a base de agua como sustancia absorbente (disolvente) y como absorbida (soluto) amoníaco. Contiene hidrogeno que sirve para que el amoniaco se expanda (que baje su presión y temperatura) Tiene como fuente de energía una garrafa de GLP de 20 kilos convencional. La llama del equipo (la fuente de calor) esta automatizado para que el mismo trabaje en un rango de temperatura adecuado a la necesidad La temperatura de trabajo máxima es de -20◦ [C]

Sus partes más importantes son:        

Condensador. Tubería de ventilación. Evaporador de baja temperatura. Evaporador de alta temperatura. Fusible. Serpentín del absorbedor. Tanque del absorbedor. Separador de agua

       

Intercambiador de líquidos. Soporte. Bafle. Generador. Bomba burbujeadora. Intercambiador de gases. Chimenea Rectificador.

Funcionamiento. 1. Arranque y/o encendido de llama o fuente de energía para el absorbedor. 2. El calor generado calienta la solución rica –Amoniaco, agua- (ver grafica), la misma cambia de estado generando una solución pobre –Agua con bajo porcentaje de amoniaco- (que es re introducida al ciclo por la tubería de retorno) y amoniaco gaseoso de alta presión. 3. El amoniaco gaseoso a alta presión pasa por el rectificador y el separador de agua (ya que quedan suspendidas algunas gotas de agua mesclada con el amoniaco) llegando así al condensador. 4. Del condensador sale amoniaco líquido a alta presión mezclándose con una solución hidrogeno gaseoso 5. Posterior mente la mescla de hidrogeno y amoniaco bajan por los condensadores de alta y baja temperatura, llegando así al serpentín del absorbedor (donde la solución pobre es reintroducida) con el objetivo de lograr el condensado del

amoniaco en el tanque del absorbedor y la reiteración del ciclo pueda empezar nuevamente.

Cálculos Para el cálculo de la mescla de amoniaco agua usaremos el software “absor” donde se puede calcular varios ciclos frigoríficos.

Datos.-

No funciona con electricidad. Normalmente se usa hidrogeno RESULTADOS.-

Resultados. » Estados característicos del ciclo mejorado de NH3 Punto 1 (disolución fuerte) Temperatura: 40.00 °C Presión: 200.00 kPa Concentración: 0.3253 kg NH3/kg de liq. Entalpía: 69.76 kJ/kg de líq. Punto 2 (vapor a la salida del generador hacia el analizador) Temperatura: 140.00 °C Presión: 2000.00 kPa Concentración: 0.8401 kg NH3/kg de vap. Entalpía: 2014.08 kJ/kg de vap. Punto 3 (disolución débil) Temperatura: 140.00 °C Presión: 2000.00 kPa Concentración: 0.2712 kg NH3/kg de liq. Entalpía: 533.77 kJ/kg de líq. Punto 4 (líquido a la salida del condensador) Temperatura: 49.47 °C Presión: 2000.00 kPa Concentración: 0.9960 kg NH3/kg de liq. Entalpía: 576.60 kJ/kg de líq. Punto 5 (mezcla líquido-vapor a la salida del evaporador) Temperatura: -15.00 °C Presión: 200.00 kPa Concent. mezcla líq.: 0.8295 kg NH3/kg de liq. Concent. mezcla vap.: 1.0000 kg NH3/kg de vap. Entalpía mezcla vap.: 1592.03 kJ/kg de vap. Entalpía mezcla líq.: 83.83 kJ/kg de líq. Entalpía estado 5: 1556.92 kJ/kg de mez. Punto 6 (disolución fuerte a la entrada del intercambiador) Temperatura: 40.00 °C Presión: 2000.00 kPa Concentración: 0.3253 kg NH3/kg de liq. Entalpía: 71.88 kJ/kg de líq. Punto 7 (disolución fuerte a la salida del intercambiador) Temperatura: 104.78 °C

Presión: Concentración: Entalpía:

2000.00 kPa 0.3253 kg NH3/kg de liq. 374.76 kJ/kg de líq.

Punto 8 (disolución débil a la entrada del absorbedor) Temperatura: 70.00 °C Presión: 200.00 kPa Concentración: 0.2712 kg NH3/kg de liq. Entalpía: 206.48 kJ/kg de líq. Punto 9 (disolución débil a la salida del intercambiador) Temperatura: 70.00 °C Presión: 2000.00 kPa Concentración: 0.2712 kg NH3/kg de liq. Entalpía: 206.48 kJ/kg de líq. Punto 10 (vapor a la salida del analizador) Temperatura: 120.00 °C Presión: 2000.00 kPa Concentración: 0.9251 kg NH3/kg de liq. Entalpía: 1899.87 kJ/kg de líq. Punto 11 (líquido a la salida del rectificador) Temperatura: 70.00 °C Presión: 2000.00 kPa Concentración: 0.6617 kg NH3/kg de liq. Entalpía: 346.46 kJ/kg de líq. Punto 12 (vapor a la salida del rectificador hacia el condensador) Temperatura: 70.00 °C Presión: 2000.00 kPa Concentración: 0.9960 kg NH3/kg de vap. Entalpía: 1707.13 kJ/kg de vap. Punto 13 (líquido que sale del analizador hacia el generador) Temperatura: 120.00 °C Presión: 2000.00 kPa Concentración: 0.3572 kg NH3/kg de vap. Entalpía: 446.45 kJ/kg de vap.

» Resultados del ciclo mejorado de NH3 Caudal de fluido frig.: 0.00051 kg/s Caudal diso. fuerte: 0.00684 kg/s Caudal diso. débil: 0.00633 kg/s Caudal vapor entra rec.: 0.00065 kg/s Caudal líq. sale rec.: 0.0082 kg/min Eficiencia intercamb.: 70.000 % Calor generador: 1.997 kW Calor absorbedor: 1.624 kW Calor rectificador: 0.312 kW Calor condensador: 0.577 kW Calor evaporador: 0.500 kW COP: 0.250 Calculo del rendimiento del ciclo.

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