CIRCUITO DE REFRIGERACIÓN POR

ABSORCIÓNACADEMIA POLITECNICA NAVAL

DIAGRAMA REPRESENTATIVO DE UN CIRCUITO DE REFRIGERACION POR ABSORCION

                                                               

 

Esquema del ciclo de refrigeración por absorción.

REFRIGERACIÓN POR ABSORCIÓN• El sistema de refrigeración por absorción es un medio de producir frio que, al igual que en el

sistema de refrigeración por compresión, aprovecha que las sustancias absorben calor al cambiar de estado líquido a gaseoso. Así como en el sistema de compresión el ciclo se hace mediante un compresor, en el caso de la absorción, el ciclo se basa físicamente en la capacidad que tienen algunas sustancias, como el bromuro de litio, de absorber otra sustancia, tal como el agua, en fase de vapor. Otra posibilidad es emplear el agua como substancia absorbente (disolvente) y amoníaco como substancia absorbida (soluto).

• Bajando al nivel de los detalles, tenemos que en el ciclo agua-bromuro de litio el agua (refrigerante) que se mueve por un circuito a baja presión se evapora en un intercambiador de calor, llamado evaporador. Esto supone una detracción de calor de algún sitio (el necesario para que el agua se evapore) y produce el enfriamiento de un fluido secundario, que refrigerará los ambientes o cámaras que interese. Acto seguido el vapor es absorbido por el bromuro de litio (absorbente) en el absorbedor, produciendo una solución concentrada. Esta solución pasa al generador, donde se separan disolvente y soluto por medio de calor procedente de una fuente externa; el agua va al condensador donde cede la mayor parte del calor recibido en el generador, y desde allí va al evaporador, a través de una válvula de expansión; el bromuro, como solución débil, vuelve al absorbedor para reiniciar el ciclo. Al igual que los sistemas de compresión que utilizan agua en sus procesos, el sistema requiere una torre de enfriamiento para disipar el calor sobrante.

VENTAJAS E INCONVENIENTES

• Ventajas e inconvenientes

• El rendimiento, medido por el COP (coefficient of performance, en la normativa española, por el CoDeRE, Coeficiente De Rendimiento Energético), es menor que en el método por compresión (entre 0,8 y 1,2 frente a 3 y 5,5 ). Si bien es cierto que el COP obtenido mediante compresión tiene en cuenta la energía eléctrica invertida en el compresor, que no es energía primaria en si. En cambio en un sistema de absorción la energía utilizada para el cálculo del COP es el calor aportado al generador, que sí es una energía primaria evaluable. Por tanto no se pueden comparar el COP de compresión y de absorción (es mejor y más útil compararlos a través del segundo principio de la termodinámica, para valorar la calidad de la energía utilizada).

• Un ejemplo de esta situación podría ser una instalación de aire acondicionado solar: si se utilizasen placas fotovoltaicas sólo se podría utilizar un 15-20% de electricidad en comparación con unos paneles solares térmicos que podrían aprovechar hasta el 90% de la energía solar recibida, y a un precio de instalación mucho más reducido.

• El conjunto completo paneles solares-absorción tendría un COP de entre 0,72 y 1,08 y el de compresión entre 0,54 (18% paneles y COP de 3, muy habitual) y 1,1 (20% paneles y COP de 5,5)

V E N T A JA S E IN C O N V E N IE N T E S

• Si se utiliza la energía eléctrica de la red, para el sistema de compresión, cuando ésta llega a la toma de corriente lo hace con un rendimiento inferior al 25% sobre la energía primaria utilizada para generarla, lo que reduce mucho las diferencias de rendimiento (0,8 frente a 1,37). A pesar de ello en ciertos casos, cuando la energía proviene de una fuente de calor económica, incluso residual o un subproducto destinado a desecharse, compensa ampliamente utilizar un sistema de absorción.

• Al calor aportado al proceso de refrigeración se le suma el calor sustraído de la zona enfriada. Con lo que el calor aplicado puede reutilizarse. Sin embargo, el calor residual se encuentra a una temperatura más baja (a pesar de que la cantidad de calor sea mayor), con lo que sus aplicaciones pueden reducirse.

• También se pueden utilizar intercambiadores de placas, para precalentar la solución de agua-bromuro de litio, antes de pasar al calentador (separador), utilizando el bromuro de litio ya calentado, el cuál a su vez se enfría.

• Los aparatos generadores por absorción son más voluminosos y requieren inmovilidad (lo que no permite su utilización en automóviles, lo que sería muy conveniente como ahorro de energía puesto que el motor tiene grandes excedentes de energía térmica, disipada en el radiador).

• Otras de las formas de aprovechamiento, es a través de la Cogeneración (en este caso, mejor dicho, Trigeneración), es decir, el aprovechamiento del calor residual de las centrales termoeléctricas, es decir, de una energía gratuita

TRIGENERACIÓN

• Procedimiento similar a la cogeneración en el que se consigue frío, además de energía eléctrica y calor, típicos de la cogeneración.

• La combinación de la cogeneración con un sistema de producción de frío por absorción da lugar a la trigeneración. El ciclo de absorción es un proceso por el que se puede obtener frío a partir de una fuente de calor.

• El calor residual que se obtiene es la suma del producido por la generación de electricidad, más el sustraído del proceso de refrigeración. Con lo que se consigue más cantidad de calor aunque a menor temperatura, con la desventaja de que las posibles aplicaciones de este calor pueden verse reducidas.

• En la época estival, la demanda de calor baja considerablemente, por lo que el calor producido en los equipos de cogeneración puede aprovecharse para generar frío para la refrigeración necesaria en esta época. De esta forma se consigue a partir de una energía primaria (gas natural) tres tipos de energía, junto con un importante ahorro económico y una buena alternativa para el medio ambiente.

DIAGRAMA BOMBA DE CALOR

BOMBA DE CALOR

• Una bomba de calor es una máquina térmica que permite transferir energía mediante calor de un ambiente a otro, según se requiera. Para lograr esta acción es necesario un aporte de trabajo acorde a la segunda ley de la termodinámica, según la cual el calor se dirige de manera espontánea de un foco caliente a otro frío, y no al revés, hasta que sus temperaturas se igualen.

• Este fenómeno de transferencia de energía calorífica se realiza principalmente por medio de un sistema de refrigeración por compresión de gases refrigerantes, cuya particularidad radica en una válvula inversora de ciclo que forma parte del sistema, la cual puede invertir el sentido del flujo de refrigeración, transformando el condensador en evaporador y viceversa.

USOS DE LA BOMBA DE CALOR• El principio de la bomba de calor se utiliza en sistemas de climatización o HVAC, así como en sistemas domésticos de

aire acondicionado, dado que el ciclo reversible que tiene este sistema otorga la posibilidad tanto de extraer como de ingresar energía al medio -"enfriar" o "calentar"- con un mismo equipo, controlando arranques, paradas y el ciclo reversible en forma automática. Gracias a su versatilidad, es posible encontrar bombas de calor tanto para calentar una piscina como para controlar el ambiente de un invernadero.

• En la actualidad, y en pos del ahorro energético, cada vez es más usual encontrar arreglos de bombas de calor asistidos por colectores solares y en sistemas geotérmicos.

• Una bomba de calor de refrigeración por compresión emplea un fluido refrigerante con un bajo Punto de ebullición. Éste requiere energía (denominada calor latente) para evaporarse, y extrae esa energía de su alrededor en forma de calor.

• El fluido refrigerante a baja temperatura y en estado gaseoso pasa por un compresor, que eleva su presión y aumentando con ello su entalpía. Una vez comprimido el fluido refrigerante, pasa por un intercambiador de calor llamado 'condensador', y ahí cede calor al foco caliente, dado que el fluido refrigerante (que ha salido, recordémoslo, del compresor) está aún más caliente que ese foco caliente. En cualquier caso, al enfriarse en fluido refrigerante en el condensador (gracias a la cesión de calor al foco caliente), cambia su estado a líquido. Después, a la salida del condensador, se le hace atravesar una válvula de expansión, lo cual supone una brusca caída de presión (se recupera la presión inicial). A esa presión mucho menor que la que había en el condensador, el fluido refrigerante empieza a evaporarse. Este efecto se aprovecha en el intercambiador de calor llamado evaporador que hay justo después de la válvula de expansión. En el evaporador, el fluido refrigerante (a mucha menos presión que la que había en el condensador) empieza a evaporarse, y con ello absorbe calor del foco frío, puesto que el propio fluido está más frío que dicho foco. El fluido evaporado regresa al compresor, cerrándose el ciclo.

• La válvula inversora de ciclo o válvula inversora de cuatro vías se encuentra a la salida (descarga) del compresor y, según la temperatura del medio a climatizar (sensada en la presión de refrigerante antes de ingresar al compresor), invierte el flujo del refrigerante

RENDIMIENTO• La cantidad de calor que se puede bombear depende de la diferencia de temperatura entre los

focos frío y caliente. Cuanto mayor sea ésta diferencia, menor será el rendimiento de la máquina.• Las bombas térmicas tienen un rendimiento, denominado COP (coefficient of performance) mayor

que la unidad. Aunque esto puede parecer imposible, se debe a que en realidad se está moviendo calor usando energía, en lugar de producir calor como en el caso de las resistencias eléctricas. Una parte muy importante de este calor se toma de la entalpía del aire atmosférico. En toda bomba de calor se verifica que el calor transmitido al foco caliente es la suma del calor extraído del foco frío más la potencia consumida por el compresor, que se transmite al fluido.

• Q_C\ = Q_F + W • Dado que el efecto útil de una bomba de calor depende de su uso, hay dos expresiones distintas

del COP. Si la máquina se está usando para refrigerar un ambiente, el efecto útil es el calor extraído del río:

• COP\ = \frac{Q_F}{W} • Si la bomba de calor está usándose para calentar una zona, el efecto útil es el calor introducido:• COP\ = \frac{Q_C}{W} = \frac{Q_F + W}{W} • Una bomba de calor típica tiene un COP de entre dos y seis, dependiendo de la diferencia entre

las temperaturas de ambos focos.

TORRE DE ENFRIAMIENTO

Las Torres de refrigeración son estructuras para refrigerar agua y otros medios a temperaturas muy altas. El uso principal de grandes torres de refrigeración industriales es el de rebajar la temperatura del agua de refrigeración utilizada en plantas de energía, refinerías de petróleo, plantas petroquímicas, plantas de procesamiento de gas natural y otras instalaciones industriales.

                                   

               Planta de energía de Didcot, Reino UnidoTorres hiperbólicas de refrigeración húmedas de tiro natural.Con relación al mecanismo utilizado para la transferencia de calor los principales tipos son:En una torre de refrigeración húmeda el agua caliente puede ser enfriada a una temperatura inferior a la del ambiente, si el aire es relativamente seco .Con respecto al tiro del aire en la torre existen tres tipos de torres de refrigeración:Bajo ciertas condiciones ambientales, nubes de vapor de agua (niebla) se pueden ver que salen de una torre de refrigeración seca (ver imagen).Las torres de enfriamiento usan la evaporación del agua para rechazar el calor de un proceso tal como la generación de energía eléctrica. Las torres de enfriamiento varían en tamaño desde pequeñas a estructuras muy grandes que pueden sobrepasar los 220 metros de altura y 100 metros de longitud. Torres más pequeñas son normalmente construidas en fabricas, mientras que las más grandes son construidas en el sitio donde se requieren.

DIAGRAMA PH EN REFRIGERACION

• Diagrama Ph y Sistemas de refrigeración

• Por su parte, cada refrigerante tiene su propio diagrama Ph con particularidades que lo hacen más o menos adecuado a cada aplicación frigorífica y propiedades exclusivas como relación temperatura/presión tanto de saturación como en mezcla, efecto refrigerante, temperatura de descarga del compresor en función de la entropía, entre otros.

• Una de las grandes ventajas del diagrama Ph es la facilidad y fiabilidad con que se pueden realizar los cálculos de sistemas frigoríficos y selección de componentes como evaporadores, condensadores, compresores y dispositivos de expansión, tuberías y accesorios, así como trazar todo tipo de sistemas frigoríficos, bien sea de una etapa, compresión múltiple, sistemas en cascada, sistemas con recirculado por bomba y otros.-

               

                        

  

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ph_simple_etapa.jpg