Sistemas de absorción en sistemas...

Alternativas al uso de HCFCs en sistemas

de refrigeración y aire acondicionado

Ing. Antonio Cabrera González

Sistemas de absorción en sistemas HVAC

Bogotá, 22 y 23 de abril de 2010

Introducción

… el deterioro de la capa de ozono

… calentamiento global

… eficiencia energética

… altos costos de la energía eléctrica

… regulación cada vez más estricta

Ha generado la necesidad inminente de buscar

alternativas viables para los sistemas de refrigeración y

aire acondicionado tradicionales

Introducción

Las máquinas de absorción son una opción amigable

al medio ambiente y viables desde el punto de vista

económico.

¿Qué son las máquinas de absorción?

Son máquinas que utilizan el ciclo de absorción para

conseguir la refrigeración de un líquido.

Los ciclos de absorción se basan en la capacidad que

tienen algunas sustancias (i.e. agua) y algunas sales como

el bromuro de litio, para absorber vapores de otras

sustancias.

Ciclos de refrigeración � Ciclo mecánico de compresión

Ciclos de refrigeración � Ciclo de refrigeración por absorción

Fuente: InterEnergy Software

Funcionamiento del ciclo de absorción

Fluidos utilizados en el ciclo de absorción

� Agua destilada

Utilizada como refrigerante, cambia de fase en función de las bajas presiones del sistema (vacío) Condensador 1/10 de Presión Atmosférica

Evaporador 1/100 de Presión Atmosférica

� Bromuro de litio

Sal absorbente no tóxica con gran afinidad con el agua

Alto punto de ebullición, mucho mayor que el agua

Características de operación

� Bombas recirculadoras de mezcla

� Conduce la mezcla de Br-Li /Agua entre el absorbedor y el concentrador a través del intercambiador de calor

� Bomba del Evaporador

� Bomba del Absorbedor

� Estas bombas recirculadoras son las únicas partes del sistema que operan con electricidad

Ciclo de absorción

Ciclo de absorción VALORES TIPICOS

ARI ESTANDAR 560

ELEMENTO CONSUMO RANGO DE OPERACIÓN

VAPOR 18 LB/HR/TR

10 a 20 Psig a 12 Psig

AGUA CALIENTE 3 GPM/TR de 77 a 130°C

ΔT = 22°C

AGUA DE CONDENSADOS

29°C a 39°C 13°C a 49°C

3.6 GPM/TR 2.5 GPM A 5 GPM

(0.065 LPS/kW) (0.045 a 0.09 LPS/kW)

AGUA FRIA

12°C a 7°C 16°C a 4.4°C

2.4 GPM/TR 1.6 GPM A 6 GPM

(0.043 LPS/kW) (0.029 a 0.11 LPS/kW)

ABSORCIÓN COMPRESIÓN MECÁNICA

CONSUMO ELÉCTRICO 0.04 kW/TR 1.3 kW/TR promedio

E

N

T

R

A

D

A

SALIDA

¿Por qué usar sistemas de absorción?

Razones ambientales

� Deterioro de la capa de ozono

� Los sistemas de absorción no utilizan CFC

� Calentamiento global

� Combustión directa genera dióxido de carbono

y agua en proporción menor a 30 ppm


Razones económicas

� Bajo costo de operación

• Costo de la energía eléctrica VS uso de vapor y/o

agua caliente residual

• Uso de quemador directo: relación de utilización

del 90 – 91% (25 a 35% al usar energía eléctrica)


El costo de operación de las máquinas de absorción

es menor que el de los chillers actuados por energía

eléctrica en un 20 – 23%


Disponibilidad de fuentes de energía

• Disponibilidad de energía eléctrica para los chillers de

compresión

• Necesidad de contar con plantas de energía eléctrica

+ costos de generación

+ costos de transportación al sitio de consumo

+ relación de utilización de sólo el 30% (promedio)


• Alternativas energéticas para las máquinas de absorción

• Vapor de residuos de procesos

• Agua caliente residual

• Fuego directo:

• Gas natural

• Otros combustibles

• Cogeneración de energía aprovechando el calor de

los gases de combustión para la máquina de

absorción


• Otras razones…

1. CONFIABILIDAD:

• Menores fallas electromecánicas que los chillers por

compresión debido a que los componentes electromecánicos

que utiliza sólo son las bombas de refrigerante y solución

¿Por qué usar sistemas de absorción? 2. INSTALACIÓN

• No requiere instalaciones eléctricas complejas



3. OPERACIÓN

• No se requiere de técnicos electromecánicos

especializados para la correcta operación del sistema.

• Se puede agregar un sistema de Automatización central para la operación adecuada del sistema

• Se requiere de un mantenimiento preventivo adecuado para tener una operación continua del Sistema



4. REGULACIÓN

• ASHRAE Standard 15-1994 “Safety code for mechanical refrigeration”

• Sección 2.3 del estándar dice:

“Este código no aplica en donde EL AGUA es el principal

REFRIGERANTE”

Precauciones del Sistema

Cristalización:

Puede ocurrir cuando la concentración de la solución es muy alta. El panel

de control deberá prevenir que el porcentaje de la solución en el

absorbedor se eleve demasiado evitando este riesgo.

Purga:

Es muy importante la eliminación de los gases no condensables para

mantener los niveles de vacío y la correcta operación del sistema y esto se

logra por medio de la unidad de purga. El tablero de control opera la

unidad de purga manteniendo el vacio y por ende la correcta operación del

Sistema.

Diseño de la instalación

� Disponibilidad de fuentes de energía

� Vapor de baja presión (desecho)

� Agua caliente (de procesos)

� Gas natural directo

� Torre de enfriamiento con variadores de frecuencia

� Bombas de agua condensado

� Tratamiento de agua

� Bombas de agua fría son iguales en flujo y potencia requerida,

en todos los sistemas de agua fría.

Controles

� Controles

Las máquinas de absorción actuales cuentan con un panel de control (UCP) con las siguientes funciones: � Duración del ciclo de dilución

� Control de la temperatura a la salida del agua del evaporador (7º C)

� Control límite sobre la alta temperatura de la solución de bromuro de litio y agua

� Control del flujo de la solución en la bomba (variador de frecuencia)

� Restablecimiento del flujo de agua fría (7ºC)

� Óptima concentración de la solución

Desventajas vs sistemas tradicionales

� Poca promoción por parte de fabricantes de equipo.

� Poco conocimiento del principio de operación que conlleva a un “temor” para su utilización.

Conclusiones

� El uso de sistemas de enfriamiento de agua hasta 6ºC con base en el Ciclo de Absorción es una alternativa muy recomendable por el bajo impacto que causa al medio ambiente.

� Utiliza agua como principal refrigerante, mezclada con una sal química e inhibidores de corrosión no tóxicos, lo cual evita el uso de HCFC y HFC, así como su manejo, disponibilidad y transporte.

� Reduce en forma significativa el uso de energía eléctrica a sólo 0.04 kw /TR.

Conclusiones

� Opera con energía calorífica de desecho de otros

procesos, tales como vapor de baja presión, y/o agua

caliente resultante de un proceso primario.

� Se puede utilizar en procesos de cogeneración de

energía eléctrica, aprovechando la energía calorífica de

los gases de combustión producidos por el generador

eléctrico, lo que resulta en un costo de operación muy

bajo.

Conclusiones

� Actualmente hay máquinas de absorción que trabajan a “Fuego Directo”, utilizando un quemador de gas natural como suministro de energía calorífica al concentrador del equipo, con un costo menor de operación que los chillers que operan con electricidad.

� Para muchas aplicaciones de enfriamiento en edificios y procesos industriales, podemos considerar que el sistema de absorción es una elección ambientalmente responsable

Caso de Éxito Antecedentes

• Una compañía farmacéutica ubicada en la Ciudad de México en plena

expansión desarrolla el proyecto de ampliación de su planta en la sección de

fabricación de jeringas a base de máquinas de inyección de plástico

• Al no obtener la aceptación de su petición de aumento de suministro eléctrico

por la compañía eléctrica gubernamental, logra obtener el permiso de

generación de su propia energía eléctrica.

• Se genera un proyecto en la compañía que es la generación de electricidad a

través de un motogenerador, el cual será alimentado de combustible diesel.

Caso de Éxito Una nueva visión al proyecto “COGENERACIÓN DE ENERGÍA”

• El motogenerador no tiene una eficiencia del 100 % (no aprovecha el total del

calor del combustible), por lo tanto los gases resultantes de la combustión

son expulsados del motogenerador a alta temperatura.

• Esta energía contenida en los gases se aprovechó conduciéndola a través de

conductos hacia una Generadora de Vapor (caldera). La caldera recibe los gases

y transmite su energía calorífica al agua contenida en ella. Por lo tanto, la

producción de vapor en esta etapa es con nulo costo económico.

Caso de Éxito

Una nueva visión al proyecto “COGENERACIÓN DE ENERGÍA”

• Se instalaron dos máquinas de absorción de 650 TR, las cuales trabajan por

medio de la inyección de vapor de agua, por lo que se aprovecha el vapor

producido por la caldera del sistema.

• El vapor de la caldera se conduce hacia los enfriadores de agua de absorción, el

cual producirá agua helada sin costo de energía eléctrica.

• En conclusión tenemos un sistema de producción de energía eléctrica,

vapor y agua helada con un aprovechamiento total de la energía,

resultando en un ahorro considerable en la inversión inicial y en la operación.

RESULTADOS:

Se provee agua helada suficiente para las siguientes áreas:

� Líneas de inyección de plástico Actual

� Moldeo Novation.

� Aire acondicionado para Novation.

Caso de Éxito

RESULTADOS:

Se provee de agua de condensados (agua de torre de enfriamiento) a las siguientes áreas:

� Compresores de Aire

� Inyectoras de Aceite

� Hornos de Tubo

� Moldeo

� A los Generadores de Electricidad (Radiadores)

� Equipos de Absorción

Caso de Éxito

PLANO DE INSTALACION

Caso de Éxito

DIAGRAMA DE FLUJO

Caso de Éxito

¿Preguntas?

Gracias por su atención

Ing. Antonio Cabrera G.

[email protected]

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