calculo de instalacion frigorifica -hielo [somente leitura...
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Cálculo de una instalación frigorífica por absorción Cálculo de una instalación frigorífica por absorción NHNH33 –– HH22OO
para la producción de hielopara la producción de hielo
Curso Pre-Congreso ISES-ANES
Universidad del Caribe31 de octubre al 2 de noviembre de 2013
Cancún, Quintana Roo, México
IER
33 22
para la producción de hielopara la producción de hielo
Isaac Isaac PilatowskyPilatowsky FigueroaFigueroaRoberto Roberto BestBest y Browny Brown
ipf@cie.unam.mxipf@cie.unam.mx, rbb@ier.unam.ma, rbb@ier.unam.ma
Coordinación de Refrigeración y Bombas de Calor, Departamento de Sistemas Coordinación de Refrigeración y Bombas de Calor, Departamento de Sistemas Energéticos, Instituto de Energías Renovables, Universidad Nacional Autónoma de Energéticos, Instituto de Energías Renovables, Universidad Nacional Autónoma de
MéxicoMéxico
Sesión IVSesión IV
Cálculo de una instalación Cálculo de una instalación Cálculo de una instalación Cálculo de una instalación frigorífica por absorción frigorífica por absorción
Amoniaco Amoniaco -- AguaAgua
Requerimientos de enfriamientoRequerimientos de enfriamiento
��Climatización de espaciosClimatización de espacios
�� Refrigeración y conservación de perecederosRefrigeración y conservación de perecederos
�� Refrigeración en procesos industrialesRefrigeración en procesos industriales�� Refrigeración en procesos industrialesRefrigeración en procesos industriales
�� Producción de hieloProducción de hielo
�� CongelaciónCongelación
Cálculo de la potencia de enfriamiento Cálculo de la potencia de enfriamiento para producción de hielopara producción de hielo
Datos de entradaDatos de entrada
�� Masa del hielo a formar: MMasa del hielo a formar: MHH
�� Temperatura de diseño (por debajo de 0ºC), Temperatura de diseño (por debajo de 0ºC), �� Temperatura de diseño (por debajo de 0ºC), Temperatura de diseño (por debajo de 0ºC),
basada en la caída de temperatura debida al basada en la caída de temperatura debida al
intercambio térmico: Tintercambio térmico: TDEDE
�� Temperatura inicial del agua TTemperatura inicial del agua TIAIA
�� Capacidad de producción, MCapacidad de producción, MHH/unidad de tiempo/unidad de tiempo
Cálculo de la potencia de enfriamiento Cálculo de la potencia de enfriamiento para producción de hielopara producción de hielo
A) Enfriamiento sensible (qA) Enfriamiento sensible (qsisi ) de la temperatura inicial del ) de la temperatura inicial del
agua Tagua TIAIA a la temperatura de congelación Ta la temperatura de congelación TC C (0ºC).(0ºC).
)( TTCmq −= )( CIApais TTCmq −=
B) Calor latente de solidificación qS en donde λ es el calor de
solidificación del agua a 0 ºC.
λaS mq =
Cálculo de la potencia de enfriamiento para Cálculo de la potencia de enfriamiento para producción de hieloproducción de hielo
d) Enfriamiento sensible de la Td) Enfriamiento sensible de la TCC a la temperatura de a la temperatura de
diseño de enfriamiento Tdiseño de enfriamiento TDEDE..
)( DECaSE TTCpmq −= )( DECaSE TTCpmq −=
e) Potencia total qT
sessiT qqqq ++=
Cantidad de amoniaco necesaria para la Cantidad de amoniaco necesaria para la producción de hieloproducción de hielo
�� Capacidad de enfriamientoCapacidad de enfriamiento
LaLa energíaenergía especificaespecifica qqEEEE dede enfriamientoenfriamiento porpor unidadunidad dede
masamasa dede refrigerante,refrigerante, eses equivalenteequivalente aa susu calorcalor dede
vaporizaciónvaporización enen kJ/kgkJ/kgvaporizaciónvaporización enen kJ/kgkJ/kg
LTEVTEEE hhq −=
En donde hVTE y hLTE corresponden a las entalpías del
vapor y la del líquido a la temperatura de evaporación TE .
Cantidad de amoniaco necesaria para la Cantidad de amoniaco necesaria para la producción de hieloproducción de hielo
�� DuranteDurante elel procesoproceso dede transportartransportar elel refrigeranterefrigerante líquidolíquido aa laslas condicionescondiciones dede
condensacióncondensación aa laslas dede evaporaciónevaporación aa travéstravés dede lala válvulaválvula dede expansión,expansión, esteeste
sufresufre unun enfriamientoenfriamiento qqPP enen funciónfunción dede lala diferenciadiferencia dede presiones,presiones, produciéndoseproduciéndose
unauna pérdidapérdida enen lala capacidadcapacidad dede enfriamientoenfriamiento lala cualcual sese lele extraeextrae alal calorcalor dede
vaporizaciónvaporización..vaporizaciónvaporización..
)( ECRRP TTpCmq −=
Todas las propiedades corresponden al amoniaco. En el caso del calor
específico este es un promedio entre TE y TC.
La capacidad de enfriamiento disponible es:
PLTEVTEEED qhhq −−= )(
Cantidad de amoniaco necesaria para la Cantidad de amoniaco necesaria para la producción de hieloproducción de hielo
�� Una forma más directa de efectuar el cálculo de qUna forma más directa de efectuar el cálculo de qEEDEED
equivalente a hequivalente a hEEDEED
LTCVTEEED hhh −=
Por lo tanto la cantidad de amoniaco en circulación a travésPor lo tanto la cantidad de amoniaco en circulación a través
del ciclo de refrigeración es, la potencia requerida para la
formación de hielo entre la capacidad de vaporización del
amoniaco por unidad de masa.
EED
TA
h
tiempoqtiempom
// =
Ciclo termodinámicoCiclo termodinámico
�� ElEl ciclociclo dede refrigeraciónrefrigeración porpor absorciónabsorción puedepuede serser concon unun
funcionamientofuncionamiento intermitenteintermitente oo continuocontinuo yy serser unun ciclociclo
básicobásico aa unauna etapaetapa oo múltiplesmúltiples etapasetapas yy contenercontener oo nono
intercambiadoresintercambiadores dede calorcalor tantotanto parapara lala recuperaciónrecuperación dedeintercambiadoresintercambiadores dede calorcalor tantotanto parapara lala recuperaciónrecuperación dede
calorcalor sensiblesensible oo latentelatente.. EnEn esteeste casocaso sese seleccionaráseleccionará unun
ciclociclo continuocontinuo aa unauna etapaetapa concon intercambiadoresintercambiadores dede calorcalor
entreentre elel generadorgenerador yy elel absorbedorabsorbedor yy entreentre elel condensadorcondensador yy
elel evaporador,evaporador, comocomo elel representadorepresentado enen lala figurafigura 11..
Ciclo de refrigeración por absorción continuo a una etapa con Ciclo de refrigeración por absorción continuo a una etapa con intercambiadores de calorintercambiadores de calor
QG Generador
TG
QCCondensadoror
TC
1
TR
Rectificador
QR
15 14
Subenfriador QSC
2
7
5’
13
11 10
TG
QIPrecalentador
912
8QA Absorbedor
TA
QEEvaporador
TE
6
45
3
GENERADOR
1514
GENERADOR
11141510 mmmm +=+
11141415151010 11XmXmXmXm +=+
(rectificador)
1011
11141415151010 11
1515101011111414 hmhmhmhmQG&&&& −−+=
(intercambiador de calor)
RECTIFICADOR
15 14
1
RECTIFICADOR
(generador)
(condensador)
& & &m m m14 1 15= +
& & &m X m X m X14 14 1 1 15 15= +
1515111414 hmhmhmQR&&& −−=
(generador)
CONDENSADOR
1
2
(rectificador)
CONDENSADOR
& &m m1 2=
& &m X m X1 1 2 2=
2211 hmhmQC&& −=
(válvula de expansión)
25’
2'55
'55
−−
−=
hh
hhILVη
efectividad
INTERCAMBIADOR DE CALOR LÍQUIDO-VAPOR
(absorbedor) (condensador)
5 3
'5'5335522 hmhmhmhm &&&& +=+
( ) ( )5'5532 hhmhhmQ rILV −=−= &&
(absorbedor)
hh =
3
VÁLVULA DE EXPANSIÓN
(condensador)
43 hh =
4
(evaporador)
45
& & &m m m4 5 6= +
& & &m X m X m X4 4 5 5 6 6= +
EVAPORADOR
(Válvula de expansión)
(intercambiador
de calor,
líquido-vapor)
EVAPORADOR
6
446655 hmhmhmQ E&&& −+=
(absorbedor)
ABSORBEDOR
13 8
(evaporador)
(intercambiador líquido-
líquido/válvula de expansión)( bomba/intercambiador líquido-líquido)
ABSORBEDOR
7
& & &m m m8 7 13= +
& & &m X m X m X8 8 7 7 13 13= +
88131377 hmhmhmQ A&&& −+=
(intercambiador
de calor,
líquido-líquido)
12
VÁLVULA DE EXPANSIÓN
1312 mm && =
XX =
13
(Absorbedor)
1312 XX =
1312 hh =
& &m m8 9=
XX =
(intercambiador
de calor,
líquido-líquido/
generador)
9
BOMBA
98 XX =
h h8 9=
(Absorbedor)
8
10 11
(generador)
& & &m m mS9 10= =
& & &m m mw11 12= =
& & & &m h m h m h m h9 9 11 11 10 10 12 12+ = +
( ) ( )−=−=
INTERCAMBIADOR LÍQUIDO-LÍQUIDO
( Bomba/absorbedor)
12 9
(válvula de expansión/
absorbedor)
( ) ( )9101211 hhmhhmQ SwILL −=−= &&
91211
1211
−−
−=
hh
hhILLη
Rendimiento térmicoRendimiento térmico
BG
QG , TG
BOMBA
FUENTE TÉRMICA
WP
G
G
T
QS −=∆
a
aa
T
QS =∆
E
E
T
QS −=∆
AE
FLUIDO DEL SISTEMA
AMBIENTE
ESPACIO A ENFRIAR
FUENTE TÉRMICA
QA , TA
QE , TE
Calor disipado al ambienteCa QQ +
Calor absorbido PEG WQQ ++
00 ≥+−−=≥∆+∆+∆=∆E
E
E
E
G
GEEG
T
Q
T
Q
T
QSSSS
( ) ( )P
E
EaE
G
aGG WT
TTQ
T
TTQ−
−≤
−
Si 0≅PW
( )( )EaG
aGE
G
E
TTT
TTT
Q
QCOP
−
−≤=
( )( )Ea
E
G
aG
TT
T
T
TTCOP
−•
−=max
Eficiencia termodinámicaEficiencia termodinámica
PG
E
WQ
QCOP
+=
hhQ −==
PRRPG
ERE
WhFhhFh
hh
WQ
QCOP
+−−−+
−=
+=
15101114
46
)()1(
RE
A
Rm
mF =
DC
DER
RXX
XXF
−
−=
Solvente en circulación
La cantidad específica del solvente circulando en relación a una
unidad de masa de vapor de refrigerante, en el caso de la cantidad
de solución concentrada, llevada por la bomba de la solución del
absorbedor al generador, está representada por la relación:
SDV XXf
−=
SDSC
SDV
XX
XXf
−
−=
La cantidad específica de la solución saliendo del generador por unidad de
refrigerante evaporado, , correspondiendo a la solución diluida regresando al
absorbedor a través de la válvula de expansión de la solución , está dada por:
SDSC
SCV
XX
XXf
−
−=−1
Diagrama entalpia-concentración para el sistema amoniaco-agua
Mezclas de vapores
Mezclas líquidas
Mezclas sólidas
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