pf_6_1 absorcion i_a1

INTRODUCCIÓN

LAS MÁQUINAS DE
ABSORCIÓN
Las máquinas frigoríficas de absorción se integran
dentro del mismo grupo de producción de frío que las
convencionales de compresión, ya que el efecto de
"generación de frío", o absorción de calor a baja
temperatura, se consigue por evaporación de un líquido
a baja presión. La diferencia entre estos dos métodos
estriba básicamente en el procedimiento seguido para
la recuperación de los vapores formados durante el
paso de líquido a vapor.
INTRODUCCION
MODOS DE FUNCIONAMIENTO
E. TORRELLA
ABSORCIÓN-COMPRESIÓN
Configuraciones básicas
ABSORCIÓN-COMPRESIÓN
Diferencias

E. TORRELLA
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3
En las máquinas de absorción, las funciones propias del compresor se
encomiendan a dispositivos independientes:
• La aspiración de vapores de refrigerante, procedentes de
evaporador, se produce como consecuencia de la afinidad que por
estos presenta una solución líquida almacenada en un recipiente
(absorbedor) conectado al evaporador. Como luego se verá, esta
absorción tiene un carácter exotérmico en las mezclas utilizadas en
la práctica, lo que va a requerir una cesión de calor a un agente
exterior.
• El aumento de presión, hasta el nivel de condensación, tiene lugar
en una bomba que trasiega la solución líquida resultante en
absorbedor (rica en refrigerante). Dado que la compresión se realiza
sobre un fluido líquido, la potencia necesaria de accionamiento es
muy inferior a la que se precisa en el compresor de una máquina
ditérmica de compresión.
E. TORRELLA
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1
ABSORCIÓN-COMPRESIÓN
Diferencias

Resulta evidente que con los procesos descritos se obtiene una mezcla líquida
(rica en sustancia refrigerante - pobre en sustancia absorbente) que no puede
ser enviada hacia el condensador, sino que previamente debe llevarse a efecto
la separación del refrigerante para que pueda procederse a su reutilización. Esta
separación tiene lugar en el denominado generador y se produce por adición de
una potencia por vía calorífica, cuyas consecuencias son; por un lado la
producción de una corriente de vapores de refrigerante puro (o con una débil
presencia de absorbente), y en segundo lugar se origina una solución líquida
pobre en refrigerante (concentrada en absorbente) que es enviada al
absorbedor, previa laminación, para reanudar la absorción de vapores de
refrigerante formados en evaporador.
 Debemos hacer notar que la necesidad de introducir una potencia calorífica, a
nivel del generador de una instalación de absorción, es lo que le confiere
sentido al concepto de sistema tritérmico, ya que la máquina interacciona
básicamente con tres fuentes térmicas externas; por un lado la fuente fría de
utilización en caso de máquina frigorífica, en segundo lugar el agente de
condensación (que vamos a considerar se utiliza también para extraer calor del
absorbedor), y por último la fuente de mayor nivel térmico utilizada en el
generador.
E. TORRELLA
LOS SISTEMAS TRITERMICOS
BASE TERMODINÁMICAS
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SISTEMAS TRITÉRMICOS
Interacciones con el exterior
E. TORRELLA
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SISTEMAS TRITÉRMICOS
Base termodinámica

Primer Principio. Conservación de la energía.
Fuente alta T. (TG)
QG
Q o + QG + Q M  0
se ha despreciado la potencia de la bomba de circulación
de la solución rica en refrigerante, al ser esta mucho
menor a las de tipo calorífico puestas en juego.
 Segundo Principio (smáqina cíclica = 0):
Fuente int. T. (Tm)
QM = QK+QA
 Su = -
Q0
Qo QG Q M
0
To TG TK
Fuente baja T. (T0)
E. TORRELLA
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E. TORRELLA
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2
SISTEMAS TRITÉRMICOS
Comportamiento ideal

Suponiendo procesos reversibles, la combinación de ambos principios
conduce a la expresión de la efectividad (COP) de la máquina como
"productor de frío", es decir:
 MF =

SISTEMAS TRITÉRMICOS
Subdivisión en máquinas ditérmicas
T
T
QG
Qo  T G - T K   T o 
=
QG  T G   T K - T o 
QG
TG
TG
P
TM
La efectividad se ha expresado como producto de dos factores, el
primero de los cuales es el valor del rendimiento de una máquina
generadora de Carnot que evoluciona entre las temperaturas "TG" y
"TK", por tanto inferior a la unidad. El segundo es el rendimiento propio
de una máquina frigorífica ditérmica entre "TK" y "T0".
T0
QK
QA
M1
Q”
TM
T0
Q0
E. TORRELLA
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SUSBDIVISIÓN EN DITÉRMICOS
E. TORRELLA

P<0
Q’K
P
P>0
E. TORRELLA
Q0
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EFICIENCIA
Comparación con compresión
SISTEMAS TRITÉRMICOS
Subdivisión en máquinas ditérmicas
QK
M2
S
S
SISTEMA TRITÉRMICO
P
Q’
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De todo el análisis llevado a cabo se podría derivar como conclusión que la
eficiencia de una máquina frigorífica de compresión siempre es superior a la de
absorción que trabaje entre las mismas temperaturas de condensación y
evaporación. Sin embargo, la validez de este razonamiento es discutible debido
a dos razones fundamentales:
• En primer lugar, no se ha considerado en ningún momento de la discusión el
camino seguido en la obtención de la energía de accionamiento del
compresor de la máquina ditérmica. En este sentido debemos recordar que
si la energía proviene de una central convencional habría que considerar las
pérdidas que en ella se producen, y que los rendimientos en estas plantas
se mueven en el orden del 40% sobre el potencial del combustible utilizado
en el proceso de transformación de la energía calorífica a eléctrica, amén de
otras pérdidas en transporte etc..
• En segundo lugar, cabe considerar la posibilidad de utilización de una fuente
gratuita de calor a temperatura suficiente para alimentación de generador,
con lo que la eficiencia económica de la máquina aumenta de forma
considerable.
E. TORRELLA
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3
SISTEMAS TRITÉRMICOS
Modos de funcionamiento
QG
QG
Q0
QM
Q0
QG
QG
QM
Q0
3
2
SISTEMAS TRITÉRMICOS
Modos de funcionamiento

QM

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• Máquina frigorífica.
• Bomba de calor.
1
QG
5
1
1
1
Q0
QM

QM
E. TORRELLA

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LAS MÁQUINAS DE ABSORCIÓN
Campos de aplicación


ENERGÍA SOLAR
E. TORRELLA
COGENERACIÓN
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FLUIDO REFRIGERANTE
Requerimientos

CALOR DESHECHO
Zonas “3” y “4”.- La máquina trabaja del modo de
degradación de energía.
Zona “5”.- Funcionamiento como sistema de
revalorización de la energía desde un nivel bajo a otro
mayor. Transformador de calor.
E. TORRELLA
ABSORCIÓN
MAQ. FRIGORIFICA
Zonas “1”.- Funcionamiento imposible (ya que se
incumple el 2º Principio).
Zona “2”.- Dos posibilidades:
BOMBA CALOR
TRANSF. CALOR
GRANDES AREAS
REVALORIZACIÓN

15
Presión de vapor baja, para altos niveles térmicos, para
reducir espesor equipos.
Temperatura de congelación muy inferior a la mínima
de la máquina.
Conductividad térmica elevada.
Térmicamente estables.
E. TORRELLA
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4
FLUIDO ABSORBENTE
Requerimientos





MEZCLAS REFRIGERANTES
Requerimientos
Presión de vapor baja a alta temperatura, para lograr
una buena separación.
Estable y no corrosivo.
Viscosidad mínima.
Bajo punto de congelación.
Permanencia en fase líquida.
E. TORRELLA
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MEZCLAS REFRIGERANTES
Uso práctico




Alta desviación negativa respecto a la ley de Raoult.
Gran afinidad por los vapores del fluido usado como
refrigerante.
No inflamable, tóxico o corrosivo.
E. TORRELLA
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COMPORTAMIENTO MEZCLA
REFRIGERANTE - ABSORBENTE
Resulta obvio señalar que ninguna de las mezclas, que se utilizan en las
instalaciones industriales, cumple con la totalidad de los requisitos
enumerados, a pesar de la gran cantidad de pruebas que se han llevado
a cabo con distintos componentes. No vamos a referenciar aquí todas
las sustancias que potencialmente tienen aptitudes suficientes para
asegurar unas prestaciones mínimas, sino los dos pares de mayor
incidencia industrial, que corresponden a:
• La mezcla amoníaco (refrigerante) - agua (absorbente), solución
utilizada especialmente en el dominio de las temperaturas negativas.
• La mezcla agua (refrigerante) - bromuro de litio (absorbente),
solución cuyo uso se ve limitado al dominio de las temperaturas
positivas, ya sea como máquina frigorífica en acondicionamiento de
aire, ya en unidades de bomba o transformador de calor. Es sobre
este par que van a centrarse los desarrollos posteriores.
E. TORRELLA
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E. TORRELLA
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5
COMPORTAMIENTO MEZCLA
REFRIGERANTE - ABSORBENTE
ABSORBEDOR
LA MEZCLA BROMURO DE LITIO AGUA
GENERADOR
E. TORRELLA
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LA MEZCLA BrLi-H2O
Ventajas




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LA MEZCLA BrLi-H2O
Inconvenientes
La utilización de agua como refrigerante es favorable
debido a su elevado calor latente de vaporización,
superior al de cualquier otro fluido frigorígeno.
Su carácter de no tóxico, ni inflamable.
No se hace necesaria una rectificación de los vapores
a la salida del generador, ya que durante la separación
se genera una corriente prácticamente pura de vapor
de agua.
Fuerte desviación negativa de la solución respecto al
comportamiento según la ley de Raoult.
E. TORRELLA
E. TORRELLA
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
El inicialmente mencionado de restringir el dominio de aplicación al campo de las
temperaturas positivas, lo que no representa problema alguno en caso de funcionamiento
como bomba o transformador de calor.

Altos volúmenes específicos del vapor de agua a bajas temperaturas, lo que no constituye
un gran inconveniente en sistemas tritérmicos, sí en los ditérmicos de compresión.
Con agua como refrigerante, excepto en alta temperatura, se corresponden presiones
inferiores a la atmosférica, lo que conduce a una necesidad imperiosa de estanqueidad en
los elementos de la instalación para asegurar un correcto funcionamiento.
Existe el peligro de cristalización de la solución para ciertas condiciones de concentración
y temperatura, con los consiguientes problemas que de ello se derivan.


E. TORRELLA
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6
AGUA. PUNTO DE EBULLICION
115°F
212°F
temperature
temperature
[100°C]
[46.1°C]
45°F
[7.2°C]
14.7 psia
[0.10MPa]
0.15 psia
1.5 psia
[1.034 kPa]
kPa]
[10.34 kPa]
kPa]
pressure
E. TORRELLA
pressure
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E. TORRELLA
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LA MEZCLA NH3-H2O
Diagrama de Duhring u Old-Ham
Diagrama de Duhring u Old-Ham

DIAGRAMAS BÁSICOS
ABSORCIÓN
Un diagrama de Duhring muestra la relación entre la
presión de vapor y la solución de la mezcla refrigerante
respecto a la presión, temperatura y concentración en
el equilibrio.
E. TORRELLA
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E. TORRELLA
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LA MEZCLA NH3-H2O
Diagrama h-x
P [mBar]
LA MEZCLA BrLi-H2O
Diagrama de Duhring u Old-Ham
T [ºC]
E. TORRELLA
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E. TORRELLA
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Entalpía [kJ/kg]
LA MEZCLA BrLi-H2O
Diagrama h-x
Fracción másica BrLi
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