Ciclos de absorción (página 2)

No debe existir la fase sólida: El par refrigerante absorbente no deben estar en la fase sólida en el régimen de trabajo (temperatura presión).

Las presiones de operación establecidas por las propiedades físicas del refrigerante, puede ser moderada. Altas presiones necesitan uso de equipamientos de grandes espesores y significa mayor potencia eléctrica requerida para elevar la presión del lado de baja para alta. Bajas presiones (vacio) necesitan de uso de equipamientos de gran volumen y medios especiales para reducir las perdidas de presión del flujo del refrigerante.

La Estabilidad química El fluido trabaja bajo condiciones severas por muchos años. La inestabilidad puede causar indeseables formación de gases, sólidos o sustancias corrosivas.

Corrosión: Los materiales usados en la construción del equipamiento pueden corroer. Para evitar deben ser usados inhibidores.

Seguridad: El fluido debe ser no toxico y no inflamables si ellos están en un lugar residencial. Procesos industriales de refrigeración son menos críticos respecto a esto.

Propiedad de transporte: Viscosidad, Tensión superficial, difusividad térmica y difusividad de masa son características importantes del par refrigerante absorbente. Por ejemplo, baja viscosidad del fluido, facilita a transferencia de calor y masa y reduce problemas de bombeo.

Calor latente: Su valor debe ser grande para que la razón de circulación refrigerante y absorbente sea mínima.

El Amoniaco – agua y agua – bromuro de lítio son los pares más comercialmente usados.

Los sistemas de absorción son clasificados como:

• Sistemas contínuos: Cuando el sistema refrigera continuamente y es conocido como sistema de absorción continua.

Los sistema más generalmente construído utiliza agua, amoniaco y hidrogeno . Muchas empresas poseen variaciones del sistema básico. No obstante el principio de operación es siempre el mismo.

• Sistemas intermitentes: Para locales que no tiene energía eléctrica.

Los sistemas termodinámicos de una mezcla binaria no pueden ser establecidos solo por dos propiedades termodinámicas independientes, como puede ser hecho por sustancias puras. Una tercera propiedad termodinámica independerte es requerida. Se debe considerar la composición cuantitativamente en términos de concentración o fracción masa, que es la masa de uno de los constituyentes dividida por la masa de la mezcla, entones conociendo tres propiedades termodinámicas podremos establecer el estado termodinámico de la mezcla. En la tabla 1 aparecen el comportamiento de las propiedades termodinámicas para una mezcla amoniaco-agua.

Tabla 1. Propiedades termodinámicas y flujos másico.

COEFICIENTE DE EFICACIA DE UN CICLO DE ABSORCION IDEAL

El desempeño de un ciclo frigorífico es denominado coeficiente de eficacia y definido como:

El coeficiente de eficacia de un ciclo de absorción es definido como

Para establecer el Máximo para el sistema de absorción de la figura 1 se representa los flujos de calor para los diferentes componentes del ciclo de absorción.

• Una fuente de calor adicionar para el sistema.

• la bomba adiciona trabajo

• La sustancia al ser refrigerada en el evaporador adiciona calor para el sistema de absorción.

• El sistema rechaza calor para el medio ambiente (agua de refrigeración o aire atmosférico) en el absorbedor (QA) y en el condensador (QC). Reunidas estas dos últimas cantidades enuna sola:

Figura 2. Transferencia de energía externa para el sistema de refrigeración por absorción.

Por la primera ley de la termodinámica.

(1)

Asumiendo que la temperatura de la fuente de calor es la temperatura da sustancia refrigerada y que la temperatura de el medio ambiente son constantes.

Los fluidos dentro de el sistema de absorción circulan en un ciclo cerrado. Para una operación en estado estable, el cambio de entropía de los fluidos es cero. El cambio de entropía solamente ocurre externamente en el fluido del sistema de absorción. Todos los procesos de transferencia de calor debed ser reversibles para tener así un sistema completamente reversible.

El cambio de entropía para la fuente generadora de calor es y para la sustancia refrigerante y para el medio ambiente Por la segunda ley de la termodinámica :

ou

(2)

Por la ecuación (1) y (2) se obtiene

Asumiendo que puede ser desplazado:

Y para el sistema completamente reversible

(3)

La ecuación tres presenta un resultado interesante: El máximo CDE para el sistema de absorción es igual al coeficiente de funcionamiento para un ciclo Carnot de refrigeración trabajando entre las temperaturas de y multiplicada por la eficiencia de una máquina de Carnot trabajando entre las temperaturas de y En la práctica un ciclo de refrigeración por absorción simple trabaja con un CDE real de 0.4 hasta 0.7 y un ciclo de refrigeración simple trabaja con CDE real de 2.5 hasta 4.0.

En la tabla 2 aparecen las ecuaciones para determinar los valores de flujo de calor o potencia asociada a los diferentes equipos de la instalación apartir de la figura 1.

Tabla 2 Resumen de los balances de energía en cada uno de los equipo del ciclo de refrigeración por absorción

En los ciclos reales de absorción las ineficiencias son causadas por perdidas de calor sensible, calores de solución y características de vaporización del fluido absorbente. Llevando calor absorbido desde el generador hasta el absorbedor desperdiciando considerablemente energía térmica.

Conclusiones

• Para la correcta selección del par sustancia refrigerante-absorbedor es necesario tener en cuenta una valoración económica, de eficiencia energética y medioambiental.

• No solo basta una correcta selección de la instalación sino se tiene en cuenta el régimen de operación de la misma así como el mantenimiento.

• Si se ha decidido instalar una instalación de absorción es necesario valorar la fuente de calor a emplear en el generador, no siempre es posible emplear la electricidad.

Referencias Bibliográficas

ASHRAE. 2002. "2002 ASHRAE Handbook – Refrigeration"

ASHRAE. 1993. "1993 ASHRAE Handbook – Fundamentals"

ASHRAE. 1979. "1979 ASHRAE Handbook – Equipment"

Incropera, F. and De Witt, D., 1995. "Fundamentos de Transferencia de Calor y Masa", volumen 1.

Autor:

Ing. Anadelys Camejo Puente

Ing. Madeline González González

Msc. Luis Manuel García Rojas

Ing. Leonardo Aguiar Trujillo

Ing. Einara Blanco Machin

Universidad de Pinar del Río. Cuba. Departamento de mecánica.