MQUINAS DE ABSORCIN CON NH3-H2OJos Fernndez Seararea de Mquinas y Motores Trmicos E.T.S. Ingenieros Industriales

Universidad de Vigo

INTRODUCCIN Produccin de fro Cambio de fase a baja temperatura. Refrigerante Sustancia con capacidad de absorcin. Absorbente Mezclas. Pares refrigerante-absorbente Regeneracin del refrigerante

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HISTORIA Nairne 1777, absorcin de SO4H2 en agua Faraday 1824, produccin de fro Ferdinand Carr 1860, primera mquina NH3-H2O Platen y Munters 1922, refrigerador NH3-H2O-H2 Carrier 1945, primera mquina H2O-BrLi

EVOLUCIN HISTORICA Anteriores a los sistemas de compresin Utilizacin, finales siglo XIX e inicios siglo XX Regresin, expansin de sistemas de compresin, 1950 Resurgir, finales dcada 1970 Incremento precios combustibles fsiles Problemas medioambientales (CO2, CFCs y HCFCs) Activacin energa trmica, calores residuales Sistemas de cogeneracin. Trigeneracin Energa solar. Enfriamiento solar Situacin actual, 2008

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SITUACIN ACTUAL TECNOLOGA AMONACO-AGUA Mquinas grandes para refrigeracin Mquinas accionadas con gas. Climatizacin Mquinas pequeas NH3-H2O-H2 TECNOLOGA DE AGUA-BrLi Mquinas para climatizacin Enfriamiento solar

PRESENTACIN1.- Principios de funcionamiento y sistemas 2.- Tecnologa NH3-H2O2.1.- Mquinas grandes para refrigeracin 2.2.- Mquinas para climatizacin a gas 2.3.- Mquinas pequeas con NH3-H2O-H2

3.- Tecnologa H2O-BrLi3.1.- Mquinas. Aplicaciones

4.- Enfriamiento solar4.1.- Problemtica 4.2.- Mquinas y prototipos

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PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO Cambio de fase, refrigerante. Capacidad de absorcin, absorbente

Refrigerante NH3 Alta presin

Qevap

E v a p o r a d o r

DISOLUCIN NH3+H2O Pv NH3 > Pv NH3 disolucin Proceso exotrmico Final absorcin Refrigeracin camiones

Expansin

COMPRESIN - ABSORCINCOMPRESINCONDENSADOR Qcond

ABSORCINCONDENSADOR Qcond Qgen GENERADOR We

D. X.

COMPRESOR

D. X.

BOMBA

D. X.

ABSORBEDOR Qabs EVAPORADOR Qevap EVAPORADOR Qevap

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COMPRESIN - ABSORCINCOMPRESIN Accionamiento, electricidad Compresor Sustancias puras (mezclas) COPc =

ABSORCIN Accionamiento, calor Absorbedor, Bomba, Generador, D.X. Mezclas COPa =

Qevap We

, COPc / a

Qevap = Q g

Qevap Qgen

Q

We

g =

We Q , We = Q g

SISTEMA BSICO Ciclo de simple etapa Qc Pc Condensador Qg Generador

D. Exp.

D. Exp.

W

Bomba

Pe

Evaporador Qe Te

Absorbedor Qa Ta, Tc Tg

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REFRIGERANTE-ABSORBENTE Mezclas binarias, homogneas, miscibles, alta afinidad Estado termodinmico T-X-PT T6 TA T5 T4 T3 T2 T1 P=cte 6 5 4 3 3 2 TR 1

4

4 3

Absorbente

x4

x3

X

x4

x3 Refrigerante

REFRIGERANTE-ABSORBENTE Diagrama logP-T. Ciclo simple NH3-H2O Pc PeE C GEN

ABS

Te Ta Tc

Tg Pc PeE

Diseo Te, Tc, Ta, Tg, (Xr) Te, Xr Tc, Xf Pe, Ta Pc, Tg Pe Pc Xdf Xdd

C

GENd Xd

f Xd ABS

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REFRIGERANTEABSORBENTE

Diagrama h-X Ciclo simple NH3-H2OC E

GEN

ABS

SISTEMA BSICO - I.DF-DD e I.L-V Intercambiador recuperador, DF-DD Intercambiador L-V

Pc

Condensador

Generador

I. L-V D. Exp. Pe Evaporador Te D. Exp.

I. DF-DD

Bomba Absorbedor Ta, Tc Tg

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SISTEMAS DOBLE ETAPA Doble etapa, 2 procesos de generacin Efecto, fuentes de calor distintas Doble etapa, doble y triple efecto, 26 configuraciones (Prof. Alefeld)

C

P 2

G-2

P1

G1 C2 P2

C1

P1

G1

G2

E

A-2

A-1

E

A2

A1

Doble etapa, doble efecto

Doble etapa, triple efecto

MQUINAS DE ABSORCIN TECNOLOGA AMONACO-AGUA Mquinas grandes para refrigeracin Mquinas accionadas con gas Mquinas amonaco-agua-hidrgeno TECNOLOGA DE AGUA-BrLi- Temperatura de evaporacin limitada (0.01 C) - No en refrigeracin. Enfriamiento de agua, aire acondicionado

Enfriamiento solar

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TECNOLOGA NH3-H2O Mezcla NH3-H2O NH3 refrigerante, H2O absorbente Sistemas utilizados Mquinas grandes para refrigeracin- Temperaturas de evaporacin 0 / -60 C - Potencias frigorficas de 100 kW hasta varios MW

Mquinas accionadas con gas- Enfriamiento/calentamiento de agua. No refrigeracin. Climatizacin - Potencias frigorficas de 10 a 80 kW

Mquinas amonaco-agua-hidrgeno- Muy pequeas potencias

MEZCLA NH3-H2O Refrigerante, NH3. Te = - 33.3 C (P = 1 bar) Absorbente, H2O. Gran afinidad Proximidad puntos de ebullicin, NH3(1b) = -33.3 C, H2O(1b) = 100 C - Presin de vapor del H2O no despreciable frente a la del NH3 - En el proceso de generacin, evaporacin de agua (Xvg