Métodos de producción en frío

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Page 1: Métodos de producción en frío
Page 2: Métodos de producción en frío

MÉTODOS DE PRODUCCIÓN

DE FRÍODE FRÍO

Page 3: Métodos de producción en frío

Como se produce ?

• Métodos naturales

• Métodos artificiales

Page 4: Métodos de producción en frío

Enfriamiento natural

• Radiativo

• Conductivo

• Convectivo

• Efectos combinados.

Page 5: Métodos de producción en frío

Enfriamiento radiativo

ES = εS σ T4S

SUPERFICIESUPERFICIE

EA = εA σ T4A

Page 6: Métodos de producción en frío

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

Page 7: Métodos de producción en frío

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.

Page 8: Métodos de producción en frío

enfriamiento evaporativo

V EN T

DL

B

F

T I L A D O R

H

Page 9: Métodos de producción en frío

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

Page 10: Métodos de producción en frío

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, %

Page 11: Métodos de producción en frío

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

Page 12: Métodos de producción en frío

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

Page 13: Métodos de producción en frío

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.

Page 14: Métodos de producción en frío

Cristales de nieve

Page 15: Métodos de producción en frío

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.

Page 16: Métodos de producción en frío

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.

Page 17: Métodos de producción en frío

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.

Page 18: Métodos de producción en frío

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.).

Page 19: Métodos de producción en frío

Aplicaciones

Industrial

• Agro-alimentaria

• Farmacéutica• Farmacéutica

• Química

• Metálica

• Caucho/Plástico

• Varios

Page 20: Métodos de producción en frío

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

Page 21: Métodos de producción en frío

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.

Page 22: Métodos de producción en frío

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.

Page 23: Métodos de producción en frío

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

Page 24: Métodos de producción en frío

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.

Page 25: Métodos de producción en frío

Compresión mecánica de vapores

QC

condensador

QE

Compresor

Motor eléctrico

evaporador

Válvula de expansión

Page 26: Métodos de producción en frío

Diagrama de fases

VAPORSOBRECALENTADO

LIQUIDOSATURADO

Punto crítico

presiónLIQUIDO + VAPOR

Línea de saturación

SOBRECALENTADO

Entalpía, h

presión

Page 27: Métodos de producción en frío

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

Page 28: Métodos de producción en frío

Determinación de propiedades de unamezcla aire-vapor de agua, en un diagrama

psicrométrico.

Y

1

YTbs

YTbh

Tbh Tbs

Y

TR

Page 29: Métodos de producción en frío

Psicrómetro

Termómetro de bulbo húmedo

PabiloSoporte

Termómetro de bulboseco

Manivela

Page 30: Métodos de producción en frío

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.

Page 31: Métodos de producción en frío

Ciclo Rankine para la operación de un

compresor en un ciclo de refrigeración.

GENERADOR

COMPRESORTURBINA

COMPRESOR

REGENERADOR

CONDENSADOR

EVAPORADOR

Page 32: Métodos de producción en frío

Expansión de un gas comprimido

ESPACIO A ENFRIAR

14

M

INTERCAMBIADOE DE CALOR

1PE

23

4

T C

TURBINA COMPRESOR

PC

Page 33: Métodos de producción en frío

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.

Page 34: Métodos de producción en frío

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.

Page 35: Métodos de producción en frío

QGQEG

ener

ador

Eye

ctor

Eva

pora

dor

Condensador

Válvula de expansión

Circuito frío

Circuito caliente

bomba

QC

Ciclo a eyecto-compresión

Page 36: Métodos de producción en frío

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

Page 37: Métodos de producción en frío

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

Page 38: Métodos de producción en frío

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)

Page 39: Métodos de producción en frío

Refrigeración termoeléctrica

Aplicaciones

Enfriamiento de circuitos eléctricos Conservación de alimentos

Page 40: Métodos de producción en frío

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.

Page 41: Métodos de producción en frío

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

Page 42: Métodos de producción en frío

Ciclo de absorción: acoplamiento de una máquina

térmica y una máquina frigorífica

Q1

wQ’2

T3

Q’’2

T2

T0

Page 43: Métodos de producción en frío

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.

Page 44: Métodos de producción en frío

Refrigeración por sorción

soluciiónCompuesto

vaporcondensador

liquidoSólido

evaporadorvapor

Page 45: Métodos de producción en frío

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.

Page 46: Métodos de producción en frío

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

Page 47: Métodos de producción en frío

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.

Page 48: Métodos de producción en frío

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.

Page 49: Métodos de producción en frío

Refrigerador doméstico por absorción amoniaco-agua de Ferdinand

Carré

Page 50: Métodos de producción en frío

Ciclo de refrigeración por absorción

en funcionamiento continuo

Bomba

GeneradorAbsorbedor

Bomba

Válvula

Evaporador CCoonndeennssaadodror

Válvula

Page 51: Métodos de producción en frío

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

Page 52: Métodos de producción en frío

Ciclo de absorción intermitente

R

C

EG/ A

RC

Page 53: Métodos de producción en frío

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

Page 54: Métodos de producción en frío

Absorción-difusión: bomba de burbujeo

CONDENSADOR

GENERADOR DE BURBUJAS

QC

ABSORBEDOREVAPORADOR

Q

A

Q

E

Q

G

Page 55: Métodos de producción en frío

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

Page 56: Métodos de producción en frío

Ciclos a múltiple efecto

Generador I

IC II

QH

Condensador

IC I

Absorbedor

Generador II

EvaporadorQI QL

Page 57: Métodos de producción en frío

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

Page 58: Métodos de producción en frío

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

Page 59: Métodos de producción en frío

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

Page 60: Métodos de producción en frío

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

Page 61: Métodos de producción en frío

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

Page 62: Métodos de producción en frío

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

Page 63: Métodos de producción en frío

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

Page 64: Métodos de producción en frío

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

Page 65: Métodos de producción en frío

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

Page 66: Métodos de producción en frío

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

Page 67: Métodos de producción en frío

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

Page 68: Métodos de producción en frío

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

Page 69: Métodos de producción en frío

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

Page 70: Métodos de producción en frío

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

Page 71: Métodos de producción en frío

Refrigeración solartermoquímica:

Page 72: Métodos de producción en frío

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.

Page 73: Métodos de producción en frío

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

Page 74: Métodos de producción en frío

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

Page 75: Métodos de producción en frío

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

Page 76: Métodos de producción en frío

Sólido-gas

Líquido-gas

QC

PC

Ciclo termodinámico de refrigeración termoquímica

QD

Circuito sólido-gas

Circuito refrigeranteQA

QE

PE

TE TC TA TD

Page 77: Métodos de producción en frío

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

Page 78: Métodos de producción en frío

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

Page 79: Métodos de producción en frío

4.- Diagrama de equilibrio P-T para el sistemaCloruro de Bario-amoniaco

Page 80: Métodos de producción en frío

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

Page 81: Métodos de producción en frío

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

Page 82: Métodos de producción en frío

Enfriamiento con desecantes

Aire salida

Aire entrada

Aire de retorno

Suminstro de aire

Intercambiador Rueda desecante Intercambiador de calor rotatorio

Page 83: Métodos de producción en frío

Sistema de desecante sólido

Page 84: Métodos de producción en frío

Desecantes

Tanque de almacenamiento

Captador solar

Aire salida

Aire entrada

Aire de retorno

Suminstro de aire

Humidificadores

Rueda desecante Intercambiador de calor rotatorio

ventilador