Métodos de producción en frío
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MÉTODOS DE PRODUCCIÓN
DE FRÍODE FRÍO
Como se produce ?
• Métodos naturales
• Métodos artificiales
Enfriamiento natural
• Radiativo
• Conductivo
• Convectivo
• Efectos combinados.
Enfriamiento radiativo
ES = εS σ T4S
SUPERFICIESUPERFICIE
EA = εA σ T4A
Sistema de acondicionamiento de aire
utilizando el enfriamiento radiativo
RADIADOR NOCTURNO
ALMACENI
ALMACEN
DEAGUA
FRÍA
I N T E R C A M B I A D O R
AIRE CALIENTE
V E N T I L A D O R
Enfriamiento evaporativo
El agua se filtra por los poros de la arcilla y en
contacto con el ambiente exterior se evapora,
produciendo un enfriamiento. La clave del
enfriamiento está en la evaporación del agua.
El proceso es muy simple cuando el agua se evapora
necesita energía para que se produzca el cambio de
estado de líquido a vapor. Esa energía puede tomarlaestado de líquido a vapor. Esa energía puede tomarla
del ambiente, pero también del propio sistema (el
agua). Así cuando se evapora una parte de agua
extrae energía del sistema y el agua remanente, por
tanto, disminuye la temperatura.
El grado de enfriamiento depende de varios factores, fundamentalmente del agua
que contenga la vasija de barro y de las condiciones ambientales. Si la temperatura
ambiente es elevada, el proceso de evaporación será más rápido, no así el proceso
de enfriamiento. Si el ambiente es muy húmedo la evaporación se ve dificultada y la
vasija no enfriará. En condiciones favorables se puede conseguir una disminución
de temperatura de unos 10ºC.
enfriamiento evaporativo
V EN T
DL
B
F
T I L A D O R
H
Métodos artificiales de producción de
frío
• disolución de ciertossolutos en un solvente.
• expansión de un gas previamente comprimido.
• fusión
• sublimación
• vaporización
• efecto termoeléctrico (Peltier)
• desmagnetización adiabática
• efecto termo acústico
Disolución de solutos en disolventes:
efecto endotérmico
SOLUCIÓN 3
1
HIELO SAL
T E M P E
HIELO YLÍQUIDO
SAL Y
LÍQUIDO2
PUNTO CRIOHIDRÁTICO
HIELO Y SALMUERA SÓLIDA
SALY SALMUERA SÓLIDA
E R A T U R A
CONCENTRACIÓN, %
Agua + Sales
de a (°C)Agua
Carbonato de sodio
Nitrato deamonio
1
1
1
+ 10 -22
Acido + SalAcido nítrico
Nitrato de amonio
Sulfato desodio
4
5
6
+10 - 40
Nieve + Sales + Ácido
de a (°C)Nieve
Sal marina1
1 + 10 -22
Nieve
Acido 3
2
0 - 20Acido
Sulfúrico2
Nieve Cloruro de
calcio
4
5
+10 - 40
Liquido + Hielo secoAlcohol etílico -72
Éter etílico - 106
fusión
El cambio de hielo a agua supone unaabsorción de energía por parte delsólido para fundirse, mientras que lacongelación implicará el procesoinverso o sea la solidificación. De estemodo, se denomina calor latente demodo, se denomina calor latente defusión al absorbido en el paso de 1 g. dehielo a agua líquida a temperatura ypresión constantes, teniendo un valoraproximado de 79.8 cal/g. Las trescurvas de equilibrio se cortan en unpunto, O, denominado punto triple,que es el único en que pueden coexistir en equilibrio las tres fases.
Para el agua el puntotriple corresponde a4.58 mm. de Hg. de presión y 0.0098º C de temperatura.
Cristales de nieve
Comercio del hielo natural
• El comercio del hielo natural se inicia alrededor de 1805, añoen que Federico Tudor remitió un cargamento de 130 toneladasa las islas orientales; dos años más tarde expidió a la Habanaotro cargamento de 240 toneladas. Ambas operaciones,desastrosas desde el punto de vista económico, pusieron demanifiesto la posibilidad del transporte de hielo a grandesdistancias. En 1812 Tudor obtuvo de Inglaterra el monopolio delcomercio del hielo con las Indias Inglesas y en 1815 le hizoEspaña análoga concesión para sus colonias de Ultramar.España análoga concesión para sus colonias de Ultramar.En1880 se vendía a razón de 0,6 Euros la tonelada. Actualmenteel país que marcha a la cabeza de la industria frigorífica son losEEUU.
• Empresas orientales compran directamente los icebergs árticospara su aprovechamiento en la industria del hielo, dada suriqueza en agua pura destilada que data desde los principios dela existencia de las grandes glaciaciones de los continentes, quecomo sabemos, dieron, en parte, origen a la vida del serhumano. Estas grandes masas de agua congelada sontransportadas por mar en una sola pieza para su posterior uso.
El efecto del congelamiento de arriba para
abajo
El agua se congela de arriba para abajo, aunque otros líquidosse congelan de abajo para arriba. Si no fuese por estapropiedad, es decir, si el hielo no flotase, una gran cantidad deagua del planeta quedaría atrapada dentro del hielo y seríaimposible la vida en los mares, lagos, fuentes y ríos que secongelasen.
Hay muchos lugares en el mundo donde la temperatura esHay muchos lugares en el mundo donde la temperatura esconsiderablemente menor a 0°C en invierno. Ello, porsupuesto, afectará el estado del agua en los mares, lagos, etc.Enfriándose hasta su congelación. Si el hielo no flotase, seprecipitaría al fondo, en tanto que las partes de agua máscalientes se irían hacia la superficie y quedarían expuestas alaire. Pero al estar la temperatura de ese aire por debajo de lade congelamiento, esa parte de agua también se congelaría y seprecipitaría al fondo. Dicho proceso continuaría hasta que noquede nada de agua líquida.
El efecto del congelamiento de arriba
para abajo
Pero lo que sucede realmente es otracosa: mientras el agua se va enfriandose hace cada vez más pesada hasta quellega a los 4°C, momento en que todocambia rápidamente, pues el agua
•El agua por debajo delhielo permanece líquida y es apta para que criaturas y plantas continúen viviendo allí.
cambia rápidamente, pues el aguaempieza a expandirse y a volverse másliviana al seguir disminuyendo latemperatura. Como resultado de ello elagua a 4°C queda en el fondo, el aguaa 3°C se ubica por encima de laanterior, el agua a 2°C se ubica a suvez por arriba de la que tiene 3°C, etc.Solamente en la superficie el aguallega realmente a 0°C y es la únicacapa que se congela.
Sublimación
Al expansionarse a la atmósfera el
CO2 líquido se solidifica en forma de
nieve carbónica.
sublima (pasa a
Esta nieve se
estado gaseoso
directamente) a presión atmosférica adirectamente) a presión atmosférica a
-78,5ºC. La nieve carbónica
comprimida con pistones hidráulicos
a alta presión se convierte en HIELO
SECO, compacto,
gran capacidad
traslúcido y de
frigorífica (152
Kcal/kg.).
Aplicaciones
Industrial
• Agro-alimentaria
• Farmacéutica• Farmacéutica
• Química
• Metálica
• Caucho/Plástico
• Varios
Evaporación
La temperatura de ebullicióndepende de la presión atmosférica.Por ejemplo, al nivel del mar elagua hierve a 100 gradoscentígrados, en la ciudad decentígrados, en la ciudad deMéxico (2 km de altitud) a 92.6, enla cumbre del Popocatépetl a 82 yen la del monte Everest a pocomenos de 70. Se puede tener aguahirviendo a 0 grados centígrados,pero habría para ello que bajar lapresión a 4.6 mm Hg
REFRIGERANTES
El refrigerante es una substancia que es capaz de
producir un efecto de enfriamiento sobre el medio
que lo rodea, sea un espacio o un cuerpo y que de
manera general fluye y evoluciona en un ciclo al
interior de un circuito de una máquina frigorífica.
En el caso de producción de frío por medio de
vaporización, estas substancias deben tener una
temperatura de ebullición, a presión normal,
inferior a la temperatura ambiente.
Selección de Refrigerantes: condiciones mínimas y propiedades que deben satisfacer
Condiciones mínimas y propiedades que deben satisfacer, tale como:
a).- Comportamiento indiferente frente a los materiales utilizados.
El refrigerante no debe combinarse o reaccionar con los materiales utilizados para la construcción de la máquina frigorífica.
B).- Estabilidad química.
El refrigerante no debe de sufrir ningún tipo de transformación química, dentro del dominio de temperaturas y presiones de operación.
C).- Ausencia de toxicidad.C).- Ausencia de toxicidad.
Es importante que el refrigerante no tenga efectos nocivos sobre la salud, ni sobre elmedio. No todos los refrigerantes satisfacen esta condición.
D).- No debe ser explosivo ni inflamable.
Por motivos de seguridad se exige que el refrigerante este operando fuera de los dominios de peligrosidad, en lo referente a los riesgos de explosión y flamabilidad.E).- Fácil detección de fugas.
Por aspectos de seguridad, operación y economía, es necesario que la circulación del refrigerante se realice en conductos herméticos y que las fugas en caso de ocurrir deben ser inmediatamente detectadas, prefiriéndose aquellos refrigerantes que tengan un olor penetrante.
F).- Ningún efecto sobre el lubricante.
Si en el circuito del ciclo de refrigeración se utiliza algún tipo de lubricante, el refrigerante no le debe ocasionar ningún cambio químico, ni influir en sus propiedades lubricantes.
Selección de Refrigerantes: condiciones mínimas ypropiedades que deben satisfacer
G).- La presión de evaporación debe ser superior a la presión atmosférica.
En el caso de la refrigeración por vaporización, la presión de evaporación del refrigerante, debe ser dentro de lo posible, algo superior a la presión atmosférica. De esta manera se evita la introducción de aire al interior del sistema.
H).- Baja presión de condensación.
La generación de altas presiones de condensación, requiere de estructuras que soporten esta presión, aumentando el costo. Se sugiere trabajar el que soporten esta presión, aumentando el costo. Se sugiere trabajar el refrigerante a condiciones de operación no muy próximas del punto crítico, con el objeto de realizar mas fácilmente la condensación.
I).- Gran potencia frigorífica específica.
Entre mayor sea su capacidad o potencia de enfriamiento, se requerirá una menor cantidad de refrigerante en circulación para una potencia de enfriamiento determinada.
J).- Costo y disponibilidad.
El refrigerante no debe ser muy costoso y debe estar disponible en el mercado, sobre todo si se requiere de un abastecimiento continuo, como en el caso de los ciclos de refrigeración abiertos.
Existen refrigerantes inorgánicos como el agua y el amoniaco y refrigerantes orgánicos como los hidrocarburos halogenados
Propiedades de los refrigerantes
Propiedades térmicas.
Las propiedades térmicas en general, permiten conocer el comportamiento de las substancias frente a los cambios de estado o bien el análisis de los diferentes factores externos que intervienen para que estos cambios se produzcan.
Presión de vapor.
Para compuestos puros, el equilibrio entre las fases del refrigerante líquido y el refrigerante vapor, permite la determinación de las temperaturas de evaporación y de condensación, así como de las presiones en función de estas temperaturas.
Volumen específico y densidad
El volumen específico es el valor inverso de la densidad, y ambos varían en función de El volumen específico es el valor inverso de la densidad, y ambos varían en función de la temperatura y de la presión, siendo más importante este efecto si el refrigerante se encuentra en fase vapor. Conociendo el volumen específico se puede determinar la cantidad de vapor generado por la vaporización de una cierta masa de refrigerante líquido.
Calor específico
El calor específico indica la cantidad de calor necesaria para absorberse o disiparse, para obtener la variación de un grado de temperatura de una cierta masa de una sustancia. Este valor es muy importante sobre todo para el dimensionamiento de los intercambiadores de calor.
Calor latente
El calor latente indica la cantidad de calor necesaria por unidad de masa de la sustancia,para efectuar una transición de un estado de agregación a otro. En el caso de losrefrigerantes existen grandes variaciones de estos calores.
Compresión mecánica de vapores
QC
condensador
QE
Compresor
Motor eléctrico
evaporador
Válvula de expansión
Diagrama de fases
VAPORSOBRECALENTADO
LIQUIDOSATURADO
Punto crítico
presiónLIQUIDO + VAPOR
Línea de saturación
SOBRECALENTADO
Entalpía, h
presión
Procesos de cambios de fases
presión3 4 QE = h1 - h2
EVAPORACION
Entalpía, h
presión CONDENSACION
2 1
3 4
QC = h4 - h3
QE = h1 - h2
Determinación de propiedades de unamezcla aire-vapor de agua, en un diagrama
psicrométrico.
Y
1
YTbs
YTbh
Tbh Tbs
Y
TR
Psicrómetro
Termómetro de bulbo húmedo
PabiloSoporte
Termómetro de bulboseco
Manivela
Transferencia de masa y calor en el bulbo húmedo
En el bulbo húmedo del psicrómetro, se
establecen dos flujos de calor, uno que entra,
que corresponde al calor sensible debido al
contacto con el aire y otro latente hacia el
exterior provocado por la evaporación del
TG
TGHMA
gasa se utiliza para vaporizar la masa del
liquido. Existe una analogía entre el flujo deQ calor perdido (QP ) y la masa transferida
PQS
exterior provocado por la evaporación del
liquido presente en la gasa. En un proceso
continuo, todo el calor transferido hacia la
de humedad (MA ). En la figura TGH y
TG representan temperaturas del gas húmedo
y la superficie de la gasa respectivamente.
Ciclo Rankine para la operación de un
compresor en un ciclo de refrigeración.
GENERADOR
COMPRESORTURBINA
COMPRESOR
REGENERADOR
CONDENSADOR
EVAPORADOR
Expansión de un gas comprimido
ESPACIO A ENFRIAR
14
M
INTERCAMBIADOE DE CALOR
1PE
23
4
T C
TURBINA COMPRESOR
PC
Tubo Ranque
El tubo Ranque tiene la forma de una T: la barra horizontal esta constituida de la parte en
donde se desarrolla el fenómeno de separación, la vertical sirve como llegada del aire
comprimido, la cual se hace tangencialmente interior del tubo torbellino propiamente dicho. Por
este efecto, el aire toma un movimiento en espiral. En la práctica, el aire se inyecta sobre la
periferia interior del tubo a la temperatura ambiente, entre 20 y 22 °C, proyectado sobre la
pared cilíndrica, se pone a girar en avance según el comportamiento de un torbellino, quedando
pegado a la pared por medio de la fuerza centrífuga. Como la sección interior de este tubo esta
alargada hacia la primera salida – el tubo esta abierto en los dos extremos – la fuerza centrífuga
que tiende a inflar el torbellino arrastra el flujo en esta dirección.
PARLANTE
R E J
El refrigerador termoacústico consiste en un
resonador de un cuarto de longitud de onda,
que tiene en su extremo abierto y un
parlante encargado de generar una onda
acústica estacionaria dentro de este.
Dentro del tubo se localiza una rejilla de
láminas alineadas de tal forma que queden
en la misma dirección de la vibración, la
cual constituye el medio sólido que va a
interactuar con el fluido.
Refrigerador termoacústico
PARLANTEJ I L LAS
CALIENTEFRIO
interactuar con el fluido.
La presencia de la onda dentro del tubo
hace que durante la operación de la
máquina el fluido y las láminas interactúen,
originando un flujo neto de calor de un lado
a otro de la rejilla (en la figura del lado
izquierdo al derecho), llevando un calor
neto desde una zona a baja temperatura
hasta una a más alta temperatura. De esta
forma opera como un refrigerador
convencional en el cual el trabajo es
suministrado por el parlante.
QGQEG
ener
ador
Eye
ctor
Eva
pora
dor
Condensador
Válvula de expansión
Circuito frío
Circuito caliente
bomba
QC
Ciclo a eyecto-compresión
Fluido ( P )
El eyector está constituido por dos toberas una dentro de la otra las cuales tienen una sección convergente,cuello, y una sección divergente. En la sección convergente, el vapor del circuito caliente disminuye supresión y aumenta su velocidad alcanzando un nivel supersónico. Posteriormente en la sección divergente,se produce la expansión del fluido, provocando la succión del fluido frío proveniente del evaporador. Elfluido caliente se comprime junto con el fluido frío a través de ondas de choque y salen del eyector. Elfluido así formado pasa hacia el condensador donde se licua mediante la extracción de una cantidad decalor QCO, para separarse después en dos líneas, una que va hacia el generador de vapor y la otra que vahacia el evaporador, donde se vaporiza mediante la absorción de una cantidad de calor QEV y pasa hacia eleyector dando inicio nuevamente al ciclo.
Fluido ( PG ) caliente
Fluido frío
( PE )
PC
Zona de mezclado y de generación de ondas de choque
Refrigeración termoeléctrica
En 1834, Jean Peltier, un relojero francés y científico aficionado, descubrió que el pasaje de una corriente eléctrica I a través de una juntaA de dos conductores similares X e Y en una cierta direcciónproduce enfriamiento, Tc. Hay un calentamiento, Th , muy distinto al efecto Joule, cuando la corriente pasa por la junta B,
Circuito de efecto Peltier Módulo termoeléctrico
Aplicaciones y cualidades
Aplicaciones•Calorímetros•Intercambiadores de calor compactos•Baños de temperatura constante•Generadores de potencia
Cualidades específicas•Pequeño peso y tamaño• Capacidad de enfriar ycalentar en el mismo módulo•Control preciso de la temperatura (± 0,1 ºC)•Generadores de potencia
(pequeños)•Dispositivos de enfriamiento de precisión (LASERs)•Dehumidificadores•Punto frío de referencia•Detectores infrarrojos•Enfriadores microprocesadores•Refrigeradores (Autos, hoteles, farmacéutico)
temperatura (± 0,1 ºC)Alta confiabilidad•Eléctricamente estable (no genera ruido)•Opera en cualquier orientación (no le afecta la gravedad)
Refrigeración termoeléctrica
Aplicaciones
Enfriamiento de circuitos eléctricos Conservación de alimentos
Sistemas tritermos (tres fuentes de temperatura) de
producción de frío
Para su funcionamiento requieren por lo menos de tres fuentes da calor(de donde su nombre tritermos):
Una fuente de baja temperatura, TE en donde el calor se extrae del medio a enfriar.
Una fuente de mediana temperatura, TC en donde el calor se cede al medio exterior.
Una fuente a alta temperatura, TG, donde el calor se suministra para asegurar su funcionamiento.
Para algunos sistemas es necesario cierta cantidad de energía mecánica la cual sin embargo es pequeña comparada con la energía térmica requerida.
efectorefr igerante
energíaCsumoiniestrfadiacientes de eficiencia de los sistemas
frigoríficos tritermos.
• Coeficiente global operacional, COP.
Desde el punto de vista termodinámico es convenienteconsiderar un sistema frigorífico tritermo como unamáquina constituida por un motor térmico, (MT),funcionando entre dos temperaturas TG y TC y unamáquina frigorífica, operando entre las temperaturas TEy TC .
QG
QCOP = =
0
y TC .
Por definición el coeficiente de operación estarepresentado de manera general como:
COP = efecto refrigerante /energía suminstrada
Ciclo de absorción: acoplamiento de una máquina
térmica y una máquina frigorífica
Q1
wQ’2
T3
Q’’2
T2
T0
sorción
Compuestosolución
Ab-sorción
(solubilidad entre fases)
Absorción de amoniaco en
agua, de agua en bromuro de
litio, de amoniaco en cloruro
de calcio, y en cloruro de
Sólido
de calcio, y en cloruro de
bario.
Ad-sorción
Fenómeno supeficial
liquido
Adsorción de agua por silica-gel,
de alcohol en carbón activado,
de agua en zeolitas, etc.
Refrigeración por sorción
soluciiónCompuesto
vaporcondensador
liquidoSólido
evaporadorvapor
Propiedades del absorbente
• 1.- El absorbente debe tener una fuerte afinidad por el refrigerante.Entre mayor sea esta afinidad, se requerirá una menor cantidad,reduciendo las pérdidas térmicas durante su calentamiento. Sinembargo, si esta afinidad es demasiado grande, será necesariosuministrar una gran cantidad de energía para la restitución delrefrigerante.
• 2.- La presión de vapor a la temperatura requerida en el generadordebe ser despreciable o muy baja, en comparación con la presión devapor del refrigerante.
• 3.- El absorbente debe permanecer en estado líquido durante todo el• 3.- El absorbente debe permanecer en estado líquido durante todo elciclo, para evitar el problema de cristalización; la estabilidad químicadebe ser buena y no debe ser corrosivo ni tóxico.
• 4.- El calor específico debe ser bajo para evitar las pérdidas, laconductividad térmica debe ser lo más alta posible, la viscosidad y latensión superficial deben ser bajas para facilitar la transmisión delcalor y la absorción.
• 5.- El absorbente debe ser menos volátil que el refrigerante, parafacilitar su separación en el generador. Si esto no es posible, serequerirá la integración de un rectificador para llevar a cabo estaseparación en forma de vapor.
Ejemplos de sistemas absorbente-refrigerante utilizados en
la refrigeración por absorción
• agua – bromuro de litio
• Amoniaco – agua
• Amoniaco – nitrato de litio• Amoniaco – nitrato de litio
• Amoniaco. Tio-cianato de sodio
• Amoniaco con sales de halogenuros
alcalino-térreos (cloruro de calcio)
• Hidratos
El sistema consistía de una bomba manual, movida por la palanca B, comunicada por el
tubo C con una garrafa, que contiene tres cuartas partes de agua, para que en ella se
pueda hacer vacío. Cuando el pistón ha funcionado un cierto número de veces, se
alcanza un vacío suficiente para que la evaporación del agua en la garrafa inicie; el
enfriamiento se desarrolla tan rápidamente, que la garrafa se cubre de rocío. El vapor
de agua producido por la evaporación es absorbido por el ácido sulfúrico concentrado,
que está contenido en el recipiente D. En pocos minutos (10 minutos aprox.), se observa
la congelación del agua, primero formando largas agujas en su superficie, y después se
congela toda la masa de agua.
En este sistema se tiene un generador B que contiene una solución amoniacal concentrada. Al
calentarse, los vapores de amoniaco que se desprenden provocan el levantamiento de la válvula
C, atraviesan una columna de rectificación R, para separar los vapores del agua de los del
amoniaco y por un tubo T van a un intercambiador de calor, EV que se enfría por medio de una
corriente de agua, actuando como un condensador. El generador B se enfría, por de la
circulación de agua o se sumerge en un deposito con agua estática y el amoniaco líquido, que
estaba contenido en el intercambiador de calor, se evapora con la consecuente producción de
frío. Los vapores formados vuelven a la columna R por medio del tubo T. La presión ejercida por
los vapores permite mantener cerrada la válvula C y pasan a través del tubo Ta y burbujean en
la solución diluida, absorbiéndose y formando de nuevo la solución concentrada inicial.
Refrigerador doméstico por absorción amoniaco-agua de Ferdinand
Carré
Ciclo de refrigeración por absorción
en funcionamiento continuo
Bomba
GeneradorAbsorbedor
Bomba
Válvula
Evaporador CCoonndeennssaadodror
Válvula
Ciclo continuo de refrigeración por absorción
QG Generador
TG
QCCondensadoro r
TC
1Rectificador
TR
QR
15 14
Subenfriador QSC
3
2
7
5’
13
11 10
QIPrecalentador
912
8QA Absorbedor
TA
QEEvaporador
TE
6
45
3
Ciclo de absorción intermitente
R
C
EG/ A
RC
Casos particulares de ciclos de refrigeración por
absorción: Ciclo de refrigeración a circuito abierto.
Absorbedor
Espacio a refrigerar
Airereciclado
Aire caliente
(a)
4321
Absorbedor
Hervidor
Agua
Enfriador
Bomba 1
Bomba 2
IC
Calentamiento
H
Absorción-difusión: bomba de burbujeo
CONDENSADOR
GENERADOR DE BURBUJAS
QC
ABSORBEDOREVAPORADOR
Q
A
Q
E
Q
G
sistema de refrigeración por absorción bromuro de litio-
agua para el aire acondicionado
VA
Condensador
4ET
Generador
3
Alta presión
C1
Agua enf.R
Absorbedor
Aguaenf.
IC
EX
(SD)
2
5
(SC)
1
Baja presión
Agua enf.
Evaporador
Bomba 1
Bomba 2
Bomba 3
Ciclos a múltiple efecto
Generador I
IC II
QH
Condensador
IC I
Absorbedor
Generador II
EvaporadorQI QL
Ciclo de absorción a doble efecto operando a dos niveles de presión.
El calor de absorción del absorbedor II se suministra al generador II
para el proceso de separación del refrigerante
QI condensador Generador I Generador II
rectificador
QH
QL evaporador
IC I
Absorbedor I
IC II
Absorbedor IIQI
Calor de
Absorción
Ciclo de absorción a tres efectos operando con cuatro niveles de pr
calor de condensación de la etapa de más alta presión se usa pa
paración del refrigerante en la etapa de más baja presión.
esión.
El
se
ra la
1a. etapa
generador
ICI
2da.etapa
QH
Q
ICII
ICIII
condensador
absorbedor evaporador
generador
3ra.etapa
generador
QI QL
QI
Ciclo de refrigeración por absorción con un
absorbedor recuperador de calor (GAX)
condensador
generador
fluidosecundario
Q
rectificador
QI
evaporador
QH
Pre-enfriadorde
condensado
QLQL absorbedor
Ciclo de refrigeración por absorción con absorbedorrecuperador de calor que usa el calor de absorción paraprecalentar la corriente del absorbedor al generador.
IC
generador condensadorQGQC
AbsorbedorrecuperadorDecalor
absorbedor
evaporador
QA
QE
bomba
Ciclo de absorción de medio efecto. Este ciclo e
combinación de dos ciclos a un solo efecto, pero oper
diferentes niveles de presión.
s una
ando a
condensador Generador II
IC
QHQI
QI
absorbedor
IIGenerador I
IC
absorbedor IevaporadorQL
QI
Ciclo dual de refrigeración por absorción, el cual emplea dos diferentes
fluidos de trabajo, ejemplo, amoniaco/agua y bromuro de litio/agua. Los
calores de absorción y de condensación del primer sistema, se
suministran al generador del segundo.
GeneradorCondensadorNH3-H20 Generador
LiBr – H20Condensador
EvaporadorAbsorbedor Absorbedor Evaporador
ICIC
Ciclo modificado a doble efecto de un ciclo eyector-absorción
en donde no se incluye un condensador.
GeneradorI
IC
QH
absorbedor evaporador
GeneradorII
IC
Eyector
QI QL
sistema combinado eyector-absorción. La solución concentrada de retorno del
generador sirve como fluido primario y el vapor del refrigerante proveniente del
evaporador, como fluido secundario.
Generador
IC
condensadorQH
QI
IC
eyector
Bomba
absorbedorQIevaporador QL
Ciclo combinado de eyector-absorción. El vapor de alta presión del
refrigerante proveniente del generador entra al eyector como fluido motor
arrastrando el vapor del refrigerante del evaporador.
GeneradorQHcondensador QI
eyector
IC
bomba
absorbedor evaporadorQI QL
Ciclo combinado entre una bomba de calor de inyección de
vapor y un ciclo a un solo efecto.
Condensador Generador
Generadorde
Vapor
Eyector
Generador
IC
Absorbedor Evaporador
Ciclo de absorción con membrana osmótica, el cual emplea calor para la
separación del refrigerante y produce una diferencia de presión dentro
del sistema.
condensador
generador
QI QH
membrana
evaporador
generador
absorbedor
QI
QL
membrana
Ciclo combinado de refrigeración por compresión y absorción.
Absorbedor QAB
Circuito de fluido de trabajo
Circuito de solución
Bomba
Compresor
Generador
W
QGE
Válvula deexpansión
Ciclo a absorción abierto
Absorbedor
Espacio arefrigerar
Airereciclado
Aire caliente
(a)
4321 Espacio a refrigerar
Hervidor
Agua
Enfriador
Bomba 1
Bomba 2
IC
Calentamiento
H
Refrigeración por adsorción
QCO
QDETDE, PDE
Condensador
Gas
Zona dedesorción
Desorción del gas adsorbido
Gas adsorbido en el sólido
Válvula deexpansión
Zona deadsorción QEV
QADTAD, PAD
Evaporador
Gas
Adsorción entre elsólido y el gas
Gas + Sólido
Refrigeración solartermoquímica:
Compuestosolución
Ab-sorción(solubilidad entre fases)
Absorción de amoniaco enagua, de agua en bromuro delitio, de amoniaco en cloruro decalcio, y en cloruro de bario.
Principios básicos de la sorción
Sólido
calcio, y en cloruro de bario.
líquido
Ad-sorción Fenómeno superficial
Adsorción de agua por silica-gel, de alcohol en carbón activado, de agua en zeolitas, etc.
Difusión
Calor
Transferencia de calor, masa y reacción química
DifusiónGas-gas
Adsorción AbsorciónReacción química
Sólido-gasexotérmica
Reacción química endotérmica
DesorcióMn oléculas libres
Sólido-gas De gas
Calor
PPT = CTE
Isotermas de equilibrio sólido-gas
y líquido-gas
T=CTE
Concentración(A)
Concentración (B)
Isotermas de absorción en diagramas Presión-
Concentración (P-X) para sistemas sólido-gas (a) y
DESORBEDOR
CONDENSADOR
Q Q
Balance de Energía en un ciclo de
refrigeración por sorción
DESORBEDOR
ABSORBEDOR
EVAPORADOR
QD + QE = QA + QC
QD
QA
QC
QE
Sólido-gas
Líquido-gas
QC
PC
Ciclo termodinámico de refrigeración termoquímica
QD
Circuito sólido-gas
Circuito refrigeranteQA
QE
PE
TE TC TA TD
Sistema cloruro de bario-amoniaco
Reacción química
BaCl2 ,8NH3 ↔ BaCl2 + 8NH3
Presión de vaporPresión de vapor
LogP = 23.05 −2779
T
Calor de reacción
∆H = 23.33kJmol−1
Sistemas termoquímicosSistema Temperatura de
absorción. (TA °C)Temperatura de
generación.(TG°C)
MnCl2-NH3 104 149
SrBr2-NH3 82 127
CdCl2-NH3 74/88 115/129
CaCl2-NH3 48.5/59 92.5/102
SrCl2-NH3 49.5/57.5 88/102
4.- Diagrama de equilibrio P-T para el sistemaCloruro de Bario-amoniaco
Refrigeración termoquímica
QCO
QGETGE, PGE
Condensador
Gas
Zona de regeneración
Desorción entre la sal y el gas
Sal,Gas(absorbido)
Válvula deexpansión
Zona dereacción QEV
QRETRE, PRE
GE GE
Evaporador
Gas
Absorción entre la sal yel gas
Sal + Gas
Ciclo de refrigeración intermitente por adsorción utilizando
hidruros metálicos.
Hidrógeno
QREBTREB, PREB
Zona dereacciónQGEA
TGEA, PGEA
Zona deregeneración
Tanque delhidruro A Hidrogenación
metal BDeshidrogenaciónhidruro A
QREATREA, PREA
Hidrógeno
QGEBTGEB, PGEB
Zona deregeneraciónZona de
reacción
Tanque delhidruro B
Hidruro BdeshidrogenaciónMetal A
hidrogenación
Enfriamiento con desecantes
Aire salida
Aire entrada
Aire de retorno
Suminstro de aire
Intercambiador Rueda desecante Intercambiador de calor rotatorio
Sistema de desecante sólido
Desecantes
Tanque de almacenamiento
Captador solar
Aire salida
Aire entrada
Aire de retorno
Suminstro de aire
Humidificadores
Rueda desecante Intercambiador de calor rotatorio
ventilador