JORNADA IBEROAMERICANA SOBRE EL ENFRIAMIENTO SOLAR; TECNOLOGA PARA EL DESARROLLO ECONMICO Y SOCIAL DE LA REGIN IBEROAMERICANA Centro de Formacin de la Cooperacin EspaolaCartagena de Indias, Colombia 17 al 21 de mayo de 2004 TECNOLOGAS DE ENFRIAMIENTO ISAAC PILATOWSKY FIGUEROA Coordinacin de Refrigeracin y Bombas de Calor Departamento de Sistemas Energticos Centro de Investigacin en Energa Universidad Nacional Autnoma de Mxico Cerrada Xochicalco, s/n Colonia Centro, 62580 Temixco, Morelos, Mxico Tel: +52-55-56229733, /56229736fax: / 56229791 ipf@cie.unam.mxIMPACTOS DE LA REFRIGERACIN Sector social Sector alimentario Sector industrial Sector servicios Sector salud y biolgico Calidad de vida interior Entretenimiento Ambiente ENFRIAMIENTO El enfriamiento es un proceso de eliminacin de calor de uncuerpoounespacio,elcualpuedeocurrirpormedio deunabatimientodelatemperaturasinqueelcuerposufra un cambio de estado fsico a temperatura constante.TIPOS DE ENFRIAMIENTO Enfriamiento natural Radiativo Conducitivo Convectivo Efectos combinados. Enfriamiento artificial Utilizacinporlogeneralfluidoscuyaspropiedades termodinmicaslossitancomograndesabsorbedoresde calor,loscualesseconocencomorefrigerantes,quienes tienencomofuncinextraerelcalordeuncuerpode manera constante. ENFRIAMIENTO RADIATIVO CONDICIONES AMBIENTALES: TEMPERATURA ATMOSFRICA BAJA MNIMOCONTENIDOATMOSFRICODEVAPORDE AGUA Y BIXICO DE CARBONO ALTITUD MAYOR A LOS 2000 m RADIADOR NOCTURNO ALMACEN DE AGUA FRA I N T E R C A M B I A D O R AIRE CALIENTE V E N T I L A D O R SISTEMA DE ENFRIAMIENTO RADIATIVO Enfriamientoevaporativodirecto.Pormediodeunventiladorsehace circular el aire caliente y seco a travs de una membrana de fibras hmedas en dondesehumidificayenfra,introducindoloenelinteriordelahabitacin. Lamembranasehumedecedemaneracontinuapormediodeaguaquese hace circular con una pequea bomba. En esto sistemas se tiene que recuperar el agua que se pierde por arrastre del aire. Enfriamiento evaporativo indirecto. En este caso la temperatura del aire se acercar a la temperatura de bulbo hmedo, o sea a la del lquido fro, por lo quelatemperaturadebulbohmedodeberserbastantebaja,estosuele ocurrirenclimasmuysecos.Laformaclsicadeesteprocesoescircularel aguaenfriadaenunatorredeenfriamientoatravsdeunintercambiadorde calor agua-aire, a partir del cual el aire de la casa se recircula. ENFRIAMIENTO EVAPORATIVO B F V E N T I L A D O R DL H SISTEMA MECNICO DE ENFRIAMIENTO EVAPORATIVO: H, MALLA HUMIDIFICADORA, DL, DISTRIBUCIN DE LQUIDO, B, BOMBA , F, FLOTADOR ENFRIAMIENTO EVAPORATIVO NIVELES RELATIVOS DE ENFRIAMIENTO a) El enfriamiento propiamente dicho que va de los 24 a los 14 C, en donde se sita el bienestar humanoylastemperaturasalcanzadaspordiferentesprocesosnaturalescomoelenfriamiento evaporativo y el radiativo, el acondicionamiento del aire y la conservacin de algunos productos perecederos. b)Larefrigeracinendondecomienzanasucederloscambiosdeestado,principalmentedel agua y en donde el abatimiento de la temperatura va desde la temperatura de 14 C hasta cercalos 0 C, en la mayora de los casos no ocurre un cambio de fase. b)Lasubrefrigeracin,lacualoperaenundominiodetemperaturasquevadesde0Chasta cerca de - 15 C. En este dominio se lleva a cabola formacin de hielo. c)Lacongelacin,enundominiodetemperaturasentre-15y-35C,siendounatcnica utilizada para la conservacin prolongada de los productos perecederos. d) La subgelacin, en un dominio de temperaturas los - 30 a -200 C. e) La criognia o generacin de muy bajas temperaturas, a valores cercanos al cero absoluto (-273.16C),dominioutilizadoparaelestudiodepropiedadesdesuperconductividady superfluidez, criociruga, conservacin de esperma y conservacin en general. PRODUCCIN DE FRO La produccin de fro es bsicamente un fenmeno endotrmico (absorcin de calor), en donde la fuente de calor es el producto o el espacio a enfriar, lo que provoca el abatimiento de su temperatura. Existe una gran diversidad de mtodos de produccin de fro, los cuales en su mayora estn basados en la extraccindecalordeuncuerpoounespacioporintermediodelaabsorcindelmismoporunfluido ( refrigerante), el cual lo utiliza a su vezydemaneraespontnea,paracambiardeestadodeagregacin,como la evaporacin, fusin, sublimacin, etc. cuyas transiciones se desarrollan a bajas temperaturas. MTODOS DE PRODUCCIN DE FRO DISOLUCIN DE CIERTOS SOLUTOS EN UN SOLVENTE. FUSIN

VAPORIZACIN SUBLIMACIN EXPANSIN DE UN GAS PREVIAMENTE COMPRIMIDO. EFECTO TERMOELCTRICO (EFECTO PELTIER DESMAGNETIZACIN ADIABTICA EFECTO TERMOACSTICO SOLUCIN 3 1 HIELO SAL HIELO SAL Y Y LQUIDO 2 LQUIDO PUNTO CRIOHIDRTICO HIELO Y SALMUERASAL Y SALMUERA SLIDASLIDA T EM P E R A T U R A CONCENTRACIN, % DISOLUCIN DE SOLUTOS EN DISOLVENTES: EFECTO ENDOTRMICO DIAGRAMA DE EQUILIBRIO DE FASES DE SOLUCIONES ComponentesPartes en pesoCada de temperatura de C a C Agua16+ 10- 12 Solucin amoniacal5 Salitre5 Agua1+ 10- 15 Nitrato de amonio1 Agua16+ 10- 15 Sulfato de sodio8 Salitre5 Solucin amoniacal5 Agua1+ 10- 22 Carbonato de sodio1 Nitrato de amonio1 AGUA Y SALES ComponentesPartes en pesoCada de temperatura de C a C Acido clorhdrico9+ 10- 18 Sulfato de sodio8 cido ntrico2 Nitrato de sodio3+ 10- 20 cido sulfrico4+ 10- 20 Sulfato de sodio5 cido ntrico4+ 10- 23 Sulfato de sodio6 Solucin amoniacal4 Salitre2 cido ntrico4+ 10- 25 Fosfato de sodio9 cido ntrico4+ 10- 40Nitrato de amonio5 Sulfato de sodio6 ACIDOS Y SALES Nieve20- 20 Sal marina1 Nieve50- 25 Sal marina2 Solucin amoniacal1 Nieve240- 28 Sal marina10 Solucin amoniacal5 Salitre5 Nieve30- 30 cido sulfrico2 Nieve120- 32 Sal marina5 Nitrato de amonio5 NIEVE, SALES Y CIDOS Nieve80- 32 cido clorhdrico5 Nieve70- 35 cido ntrico4 Nieve40- 40 Cloruro de calcio5 Nieve20- 45 Cloruro de calcio cristalizado3 Nieve30- 46 Potasa4 NIEVE, SALES Y CIDOS Alcoholetlico abs. --- 72 Eter etlico--- 77 Cloruro de etilo--- 60 Acetato de amilo--- 78 Cloroformo--- 77 Cloruro de metilo--- 82 Triclorurode fsforo --- 76 cido sulfuroso--- 82 Al vaco: Eter etlico Cloruro de metilo - - - - - 103 - 106 LIQUIDO CON HIELO SECO Esnecesarioqueestatransicinsedesarrolleaunatemperatura suficientementebaja,endondeintervieneelcalorlatentedefusin.Enla antigedad la produccin de fro, se basaba en la utilizacin del hielo, el cual serecolectabademaneranaturaleninviernoyseconservaparasu utilizacin posterior. El hielo juega un papel preponderante sobre todo en los pases en vas de desarrollo para la conservacin de pescados y mariscos, de aves, etc. Para la conservacin de fro se substituye frecuentemente al hielo - cuya temperatura de fusin no es muy baja (0C) - por una mezcla eutctica de numerosas sales y de agua, en una concentracin bien definida del soluto enelsolvente,endondeintervienenloscaloreslatentesdefusin-la temperaturadeunamezclaeutcticaquesefundeosecongela,permanece constante - en donde las temperaturas pueden ser inferiores a 0 C. FUSIN En este mtodo se utiliza el calor latente de evaporacin, que por lo general es msgrandequeeldefusin.Esteprocedimientoeselmasutilizadoanivel industrial, comercial y domstico. El fluido que se vaporiza para la produccin defroseleconocecomofrigorgenoorefrigerante.Enestecasosepuede obtenerunsistemadeenfriamientoabierto,endondeelvaporresultantedela vaporizacin no se recupera, sobre todo en los casos en donde el refrigerante no es caro y no presenta problemas de impacto ambiental, como por ejemplo el uso delnitrgenolquidoyrefrescarelairecalienteysecopormediodela vaporizacin directa del agua en el aire. Enelsistema deenfriamientocerrado,elvapor del refrigerante, generalmente costosoyalgunasvecestxico,serecirculaconelobjetodevolverloalicuar para vaporizarlo de nuevo. Este tipo de sistema esta formado porun recipiente aislado trmicamente, el cual limita el espacio fro, y en cuyo interior se coloca un intercambiador de calor, en donde se introduce el refrigerante lquido el cual se vaporiza a una temperatura T0inferior a la temperatura del interior Tra la cualsequieremantenerelespacio.Aesteintercambiadorseleconocecomo evaporador. VAPORIZACIN Lasublimacineselcambiodelestadoslidoalestadovapor, este calor latente es ms grande que el de vaporizacin, debido a quecontieneademsdelcalorlatentedevaporizacinelde fusin.Normalmenteseutilizaenunsistemaabiertobajo presinatmosfrica,siendoelrefrigerantemasutilizadoel anhdridocarbnico(CO2),elcualenestadoslidotieneuna temperatura de transicin de - 78.5 C ( hielo seco). SUBLIMACIN Esta expansin se puede realizar en: a).-Enunmotordegascomprimido,endondeseextraelaenergamecnicadelgasquese expande. Esta extraccin de energa provoca un enfriamiento intenso del gas expandido. b).-Enunavlvula,endondeelgasqueexperimentaestaexpansin(expansinJoule-Thomson) no produce ningn trabajo al exterior. Este enfriamiento es limitado, ya que segn el estadotermodinmicodelgasantesdelaexpansin,elgassepuedeenfriar,recalentarseo permanecer a una temperatura constante despus de esta expansin. Elprimerprocedimientoseusamuyfrecuentementeparalaproduccindefroamuybajas temperaturas(criogenia) inferiores a los 120 K, como en el caso de la licuefaccin delaire, del hidrgeno,delhelio,etc.Comoejemplodeestemtodo,setieneentuboRanque,endondese expande el aire comprimido en un tubo. La inyeccin del gas que se efecta tangencialmente a la superficieinternadeltuboprovocalaformacindeuntorbellinorpidoendondelaparte central se enfra y la perifrica se calienta.Otro mtodo utilizado es la mquina frigorfica a aire, la cual utiliza un compresor y una turbina paracomprimiryexpandirelgas,provocandoelenfriamientoenelaire.Estosdoscasosde expansiones, se trataran con mayor amplitud en los sistemas ditermosEXPANSIN DE UN GAS PREVIAMENETE COMPRIMIDO El enfriamiento producido por medio del efecto termoelctrico se debe al paso deunacorrienteelctricaenlajuntadedosmetalesdiferentes.Elefecto termoelctricoconocidoconelnombredePeltier,estarelacionadoconlas interacciones entre el flujo de calor y el flujo elctrico en slidos conductores y semiconductores.Esdecirquehayunflujodecalorproporcionalala corrienteelctricaaplicadaydependedelascaractersticasdelmaterial.La refrigeracintermoelctricaesunatransferenciadecalorqueutilizalos cambios de niveles de energa de las cargas elctricas para transportar energa trmica. La direccin de la corriente determina el fenmeno que ocurre en la junta bimetlica; calentamiento o enfriamiento. Este efecto de enfriamiento se tratar con ms detalle en el tema de sistemas ditermos. EFECTO TERMOELCTRICO (EFECTO PELTIER Elfenmenomagnetotrmicoestabasadoenlatransicinferromagntica- paramagntica. La desmagnetizacin de una sustancia paramagntica la cual se asla trmicamente,provocandounacadadetemperatura.Enestecasoseutilizaun cristatomagntico.Enelcasodelaproduccindebajastemperaturasutilizandola desmagnetizacinseusancomosemencionsubstanciasparamagnticas,lascuales al colocarse en un campo magntico no uniforme estas substancias se desplazan en el sentidodeloscamposcrecientes.Enuncampomagnticouniformeestetipode substancias se desplazan en el sentido de las lneas de fuerza. Como ejemplos se tienealsulfatodegadolinoydiferentesalumbres.Estefenmenosedescribirconms detalle en los sistemas ditermos DESMAGNATIZACIN ADIABTICA Engeneral,latermoacstica,estudialainteraccinentrelaacsticaylos fenmenos trmicos. El efecto de poder generar un gradiente de temperatura a partirdeunaondasonora,comenzaserutilizadoenlaconstruccinde refrigeradoresenladcadadelosaosochenta.Estasmquinassonmuy simples, no tienen parte mviles y son pequeos. Elrefrigeradortermoacsticoconsisteenunresonadordeuncuartode longitud de onda, que tiene en su extremo abierto y un parlante encargado de generar una onda acstica estacionaria dentro de este. La forma en que opera este tipo de refrigerador se describir con ms detalle en la seccin de sistemas de refrigeracin ditermos. EFECTO TERMOACSTICO En la refrigeracin industrial, comercial y domstica la mayor parte de las mquinasfrigorficasoperanenunciclocerrado,bajoelprincipiode produccin de fro basado en la evaporacin del refrigerante lquido. Estosmtodossediferencianporlaformaenquelosvaporesquese producen en el evaporador son extrados. Dentro de estos sistemas tenemos los ciclos de compresin, de eyecto-compresin y de sorcin. Para el funcionamiento de estos sistemas basados en la evaporacin de un fluido,intervienenlassubstanciasllamadasrefrigerantes,endondeenla mayora de los casos, sufren una transformacin de cambio de fase. MTODOS DE PRODUCCIN DE FRO BASADOS EN LA EVAPORACIN DE UN REFRIGERANTE REFRIGERANTES El refrigerante es una sustancia que es capaz de producir un efectodeenfriamientosobreelmedioquelorodea,seaun espacioouncuerpo,absorbiendocaloryquedemanera generalfluyeyevolucionaenuncicloalinteriordeun circuitodeunamquinafrigorfica.Enelcasode produccindefropormediodevaporizacin,estas substanciasdebentenerunatemperaturadeebullicin,a presin normal, inferior a la temperatura ambiente. SELECCIN DEL REFRIGERANTE a).- Comportamiento indiferente frente a los materiales utilizados. Elrefrigerantenodebecombinarseoreaccionarconlosmaterialesutilizadosparalaconstruccindelamquina frigorfica. B).- Estabilidad qumica. El refrigerante no debe de sufrir ningn tipo de transformacin qumica, dentro del dominio de temperaturas y presiones de operacin. C).- Ausencia de toxicidad. Esimportantequeelrefrigerantenotengaefectosnocivossobrelasalud,nisobreelmedio.Notodoslosrefrigerantes satisfacen esta condicin. D).- No debe ser explosivo ni inflamable . Por motivos de seguridad se exige que el refrigerante este operando fuera de los dominios de peligrosidad, en lo referente a los riesgos de explosin y flamabilidad. E).- Fcil deteccin de fugas. Por aspectos de seguridad, operacin y economa, es necesario que la circulacin del refrigerante se realice en conductos hermticos y que las fugas en caso de ocurrir deben ser inmediatamente detectadas, prefirindose aquellos refrigerantes que tengan un olor penetrante. F).- Ningn efecto sobre el lubricante. Si en el circuito del ciclo de refrigeracin se utiliza algn tipo de lubricante, el refrigerante no le debe ocasionar ningn cambio qumico, ni influir en sus propiedades lubricantes. G).- La presin de evaporacin debe ser superior a la presin atmosfrica. En el caso de la refrigeracin por vaporizacin, la presin de evaporacin del refrigerante, debe ser dentro de lo posible, algo superior a la presin atmosfrica. De esta manera se evita la introduccin de aire al interior del sistema. H).- Baja presin de condensacin. Lageneracindealtaspresionesdecondensacin,requieredeestructurasquesoportenestapresin,aumentandoel costo. Se sugiere trabajar el refrigerante a condiciones de operacin no muy prximas del punto crtico, con el objeto de realizar mas fcilmente la condensacin. I).- Gran potencia frigorfica especfica. Entre mayor sea su capacidad o potencia de enfriamiento, se requerir una menor cantidad de refrigerante en circulacin para una potencia de enfriamiento determinada. J).- Costo y disponibilidad. Elrefrigerantenodebesermuycostosoydebeestardisponibleenelmercado,sobretodosiserequieredeun abastecimiento continuo, como en el caso de los ciclos de refrigeracin abiertos. PROPIEDADES DE LOS REFRIGERANTES. Propiedades trmicas. Las propiedades trmicas en general, permiten conocer el comportamiento de las substancias frente a los cambios de estado o bien el anlisis de los diferentes factores externos que intervienen para que estos cambios se produzcan. Presin de vapor. Paracompuestospuros,elequilibrioentrelasfasesdelrefrigerantelquidoyelrefrigerantevapor, permiteladeterminacindelatemperaturasdeevaporacinydecondensacin,ascomodelas presiones en funcin de estas temperaturas. Volumen especfico y densidad. Elvolumenespecificoeselvalorinversodeladensidad,yambosvaranenfuncindela temperatura y de la presin, siendo ms importante este efecto si el refrigerante se encuentra en fase vapor.Conociendoelvolumenespecficosepuededeterminarlacantidaddevaporgeneradoporla vaporizacin de una cierta masa de refrigerante lquido. Calor especfico. El calor especfico indica la cantidad de calor necesaria para absorberse o disiparse, para obtener lavariacindeungradodetemperaturadeunaciertamasadeunasustancia.Estevaloresmuy importante sobre todo para el dimensionamiento de los intercambiadores de calor. Calor latente. Elcalorlatenteindicalacantidaddecalornecesariaporunidaddemasadelasubstancia,para efectuarunatransicindeunestadodeagregacinaotro.Enelcasodelosrefrigerantesexisten grandes variaciones de estos calores. PROPIEDADES DE REFRIGERANTES METODOS DE PRODUCCIN DE FRO BASADOS EN LA EVAPORACIN DE UN REFRIGERANTE. En la refrigeracin industrial, comercial y domstica la mayor parte de las mquinas frigorficas operan en un ciclo cerrado,bajo el principio de produccin de fro basado en la evaporacin del refrigerante lquido. Estosmtodossediferencianporlaformaenquelosvaporesqueseproducenenelevaporadorson extrados. Dentro de estos sistemas tenemos los ciclos de compresin, de eyecto-compresin y de sorcin. SISTEMA DE COMPRESIN DE VAPOR. Los vapores son aspirados y comprimidos por medio de un dispositivo mecnico llamado compresor. SISTEMA A EYECTO-COMPRESIN. En este caso los vapores son aspirados por medio de un eyector, en donde el refrigerante hace la funcin de vapor motriz y una depresin en el eyector permite su aspiracin a baja presin. SISTEMA A SORCIN. Losvaporessonretenidosporunmateriallquidooslido,loqueprovocasuaspiracinalasalidadel evaporador. Existen dos formas por las cuales estos materiales pueden fijar a los vapores, uno en donde el vapor se fija al material por medio de uniones de naturaleza fsica, resultando en un fenmeno superficial, al que se conoce con el nombre de adsorcin, en donde por lo general ocurre entre un slido y un vapor, aunque este fenmeno sepuedepresentartambinaunqueconmenosfrecuenciaentreunlquidoyunvapor.Enlaadsorcinel material que adsorbe se le conoce como adsorbente y al material adsorbido como adsorbato. La otra forma es que el vapor se solubiliza al interior del material y en donde posteriormente ocurre una reaccin qumica. Este fenmeno se conoce con el nombre de absorcin y ocurre tanto en materiales lquidos como en slidos. Enlaabsorcin,elmaterialqueabsorbeseleconocecomoabsorbenteyelmaterialabsorbidocomo absorbato. En este tipo de sistema el refrigerante en forma vapor es adsorbido o absorbido por un lquido o slido, a la salida del evaporador. SISTEMAS DITERMOS (DOS FUENTES DE TEMPERATURA) PARA LA PRODUCCIN DE FRO. Introduccion EstossistemasfuncionanentreunafuentefraaTE,endondeabsorbenel calor y una fuente caliente a TCen donde disipan el calor al medio ambiente. EnestecasolastemperaturasTEyTC,correspondenenelcasodeun rgimeninterioralascondicionesdetransformacindelrefrigerante (evaporacin y condensacin respectivamente). Siserefiereaunrgimenexterior,seconsideranlastemperaturasdelos fluidosexterioresporintermediodelosintercambiadoresdecalor,tantodel fluidoaenfriar,aunatemperaturaTR,comodelfluidodeenfriamiento (agua o aire ambientes) a una temperatura Tf , el cual se utiliza para disipar loscaloresdecondensacinyloscorrespondientesalosdedisolucino reaccin qumica. Los sistemas frigorficos ditermos incluyen los ciclos de compresin mecnica devaporesylosbasadosenelprincipiodePeltier.Paraasegurarel funcionamiento de estos ciclos es necesario el suministro continuo de energa mecnica o elctrica. MQUINA FRIGORFICA A COMPRESIN. Lafigura1.1,representaunamquinafrigorficaaunaetapadecompresin. Estaestformadaporuna).-evaporadorEendondeelrefrigeranteseevapora bajolapresindeevaporacinPE.Losvaporesformadosporlogeneralse sobrecalientanunpocoalasalidadeesteintercambiador.b).-uncompresor mecnicoC,queaspirabajolapresinPElosvaporessobrecalentadosylos recomprimealapresinPCcorrespondientealatemperaturadesaturacindel sumiderodecalor,normalmentereferidaalatemperaturadecondensacin.c).- Un condensador C en donde el vapor sobrecalentado se lica a TCy ellquido se puedesubenfriar.Elenfriamientodelcondensadorpuedeefectuarseconfluidos ambientalescomoelaguayelaire.d).-UnavlvuladeexpansinV,lacual recibe el refrigerante lquido y lo expande de la PCa la presin PE , siendo una expansin isoentlpica, en donde disminuye la calidad del vapor. El lquido pasa nuevamentealevaporadorydeestaformaseiniciaunnuevociclode refrigeracin. Sisedeseadisminuiranmslatemperaturaentre20Cy50Csepueden aplicar ciclos a dos etapas de compresin, y si se requieren an temperaturas ms bajas, entre 60 y 160 C es posible utilizar estos ciclos en forma de cascada. QE QC Compresor Motor elctrico Vlvula de expansin condensador evaporador Qc SISTEMA DE REFRIGERACIN POR COMPRESIN MECNICA DE VAPORES T TE TC S Lnea de saturacin Compresin Elemento primario de movimiento Compresor QE QC Vlvula de expansin Expansin Condensacin Evaporacin Condensador Evaporador SISTEMA DE REFRIGERACIN POR COMPRESIN MECNICA DE VAPORES Y SU REPRESENTACIN EN UN DIAGRAMA TEMPERATURA-ENTROPIA OTROS CICLOS DITERMOS EN DONDE SE REQUIERE EL SUMINISTRO DE ENERGA MECNICA O ELCTRICA. CICLO RANKINE Un ciclo alternativo para la produccin de fro usando energa trmica es el ciclo de la mquina trmica Rankine, la cual recibe calordeunafuentetrmica,lacualconvierteestaenergaatrabajomecnicoelculesutilizadoparaoperarunsistema convencionalderefrigeracinporcompresinmecnicadevapor.Enelciclobsico.Elcaloressuministradoalgeneradorde vaporpormediodecualquierfuentetrmicaounsistemadealmacenamientotrmico.Enelgeneradorsellevaacabola vaporizacindelfluido,porlogeneralagua;elvaporsesepara,siesnecesario,dellquidoypasaaunaturbinaendondees extrado el trabajo mecnico. Dependiendo del fluido de trabajo utilizado, el fluido puede entonces pasar a travs del generador dondesedisipaalgodeenergaantesdefluiralcondensadorantesdesulicuefaccin.Elcondensadosebombeahaciaun regenerador antes de regresar al generador. GENERADOR TURBINA CONDENSADOR COMPRESOR REGENERADOR CONDENSADOR EVAPORADOR OTROS CICLOS DITERMOS EN DONDE SE REQUIERE EL SUMINISTRO DE ENERGA MECNICA O ELCTRICA. Mquina frigorfica a aire La mquina frigorfica a aire consiste en: un compresor C, el cual aspira, bajo la presin P0 el airequeseencuentraenelespacioEyqueseencuentraaunatemperaturaTE.Elairese comprime de PEhasta PCy su temperatura aumenta de TE hasta TC. b).- un enfriador EN, en donde el aire se enfra, bajo la presin PCde TChasta TEN . Este intercambiador constituye la fuente caliente de la mquina y se enfra con aire o con agua. c).- una turbina de expansin T en dondelapresindelairedisminuyedePChastaPE.Demanerasimultneasutemperatura desciende de TEhasta TTy a esta temperatura el aire se enva fro otra vez al espacio a enfriar. Laturbinaestligadamecnicamentealcompresor,perocomoelconsumoenergticodeeste ltimo es superiora la produccin de la primera, se requiere un motor de apoyo, ya que como es sabido el ciclo de refrigeracin debe consumir energa para poder transferir calor de una fuente fraTEaunafuentecalienteTC.Estesistemaparecesermuyinteresante,yaqueslocuenta con un intercambiador y el refrigerante usado es el aire y su coeficiente de eficiencia terico es excelente: Sin embargo, al tratarse de mquinas reales y al considerar las cadas de presin, imperfecciones del compresor y de la mquina de expansin, que no funcionan evidentemente isoentrpicamente, elciclorealpresentauneficienciamuchomenorquelaterica,yaqueelcompresorconsume ms energa y la turbina de expansin suministra una menor potencia, y el motor tendr que dar unapotenciamuchomsgrande.Estodacomoresultadoquelaeficienciadeunciclode enfriamientodeaire,exceptoporelcasodelaobtencindemuybajastemperaturas,tiene eficiencias ms bajas que las mquinas frigorficasde compresin de vapores. M INTERCAMBIADOEDE CALOR ESPACIO A ENFRIAR 1 23 4 TC TURBINACOMPRESOR PE PC Elfuncionamientoestabasadosobreelprincipiodelaexpansindelaireatmosfricoconlaproduccindetrabajoexterior.El funcionamientoeselsiguiente:uncilindrodecompresindelaireAyuncilindrodeexpansindeaireBsemontansobreel mismo ejedel pistn, que esta acoplado al rbol manivela de la mquina de vapor C. Elpistn en su recorrido aspira el aire de la tubera I y en su recorrido de regreso lo comprime; el aire calentado de esta manera se enfra en el recipiente D por medio de la pulverizacin de agua; el aire hmedo se seca en E , por medio de un tamiz; un secado ms fuerte se produce durante la cada de presin en los tubos G, dispuestos en el espacio a enfriar F, y en los cuales el agua despus del abatimiento de temperatura se separadelaireyseescurre.Elairequeseencuentratodavabajopresinllegaporlatubera2enelcilindrodeexpansinB donde, con la produccin de trabajo, empuja el pistn y alcanza la ms baja temperatura debido a la expansin. El aire enfriado se enva por el conducto 3 directamente al espacio a enfriar, en donde es aspirado de nuevo por el compresor A para iniciar un nuevo ciclo. CICLO DE REFRIGERACIN DE AIRE CON UN COMPRESOR GENERADOR TURBINA CONDENSADOR COMPRESOR REGENERADOR CONDENSADOR EVAPORADOR CICLO RANKINE TUBO RANQUE El tubo Ranque tiene la forma de una T: la barra horizontalesta constituida de la parte en donde se desarrolla el fenmeno deseparacin,laverticalsirvecomollegadadelairecomprimido,lacualsehacetangencialmenteinteriordeltubo torbellino propiamente dicho. Por este efecto, el aire toma un movimiento en espiral. En la prctica, el aire se inyecta sobre la periferia interior del tubo a la temperatura ambiente, entre 20 y 22 C, proyectado sobre la pared cilndrica, se pone a girar en avance segn el comportamiento de un torbellino, quedando pegado a la pared por medio de la fuerza centrfuga. Como la seccin interior de este tubo esta alargada hacia la primera salida el tubo esta abierto en los dos extremos la fuerza centrfuga que tiende a inflar el torbellino arrastra el flujo en esta direccin. Aletas de enfriamiento calor fro Inyeccinintermitente ElseparadorBertin,estabasadoenelsiguienteprincipio:elgascomprimidoseinyectadeforma independiente en un tubo cerrado en una extremidad. Se establece un rgimen oscilatorio, el cual crea unadiferenciaentemperaturasentreelairedesechadofroenlavecindaddelinyectoryelaire calientequequedaenelfondodeltubo.Enestecaso,laseparacinesposibledebidoalano permanencia dinmica y trmica de la corriente.SEPARADOR BERTIN SISTEMAS FRIGORFICOS TERMOELCTRICOS. Lateoradeunrefrigeradortermoelctricosefundamentaenunaseriede efectosfsicospropiosdelosslidosconductoresysemiconductores.Dichos efectos termoelctricos relacionan las interacciones entre los flujos de calor y los flujos elctricos en una junta de dos materiales (conductores semiconductores) diferentes. Efectos termoelctricos. La junta termoelctrica de la figura siguiente. se encuentra formada por dos metalesdiferentes(conductoressemiconductores);dichotermopartienedos juntasentrelosmetales,lasjuntasJ1yJ2lascualesseencuentranasus respectivas temperaturas; T1 y T2. Lasinteraccionesdelosdiversosflujosdecalorycorrienteelctricaque pasanporlajuntaseencuentranrelacionadosporlostresefectos termoelctricos: EFECTOS TERMOELCTRICOS. Lajuntatermoelctricadelafigura,seencuentraformadapordos metalesdiferentes(conductoressemiconductores);dichotermopartiene dos juntas entre los metales, las juntas J1 y J2 las cuales se encuentran a sus respectivas temperaturas; T1 y T2. Las interacciones de los diversos flujos de calor y corriente elctrica que pasanporlajuntaseencuentranrelacionadosporlostresefectos termoelctricos: Metal 1 Metal 2 f e m Junta 2 T2 Junta 1 T1 - Efecto Seebeck: -Alproducirunadiferenciadetemperaturas(AT)entrelasjuntas1y2(Figura anterior)segeneraunvoltajefuerzaelectromotriz(fem)quecirculalajunta termoelctrica. La diferenciade temperatura requerida (AT) para producir un voltaje dadoseencuentradeterminadoporlascaractersticasdelosmaterialesque conformanlajuntayseleconocecomocoeficientedeSeebeckpotencia termoelctrica (o). TVMetal MetalA=2 , 1o

V: Voltaje, [V] AT: Gradiente de temperatura, [C]. o: Coeficiente Seebeck relativo a los metales 1 y 2, [ V/C]. Efecto Peltier: -Al generar y circular un voltaje por la junta termoelctricase genera un AT entre la temperatura de las juntas 1 y 2 (y en consecuencia un flujo de calor de un extremo a otro de la junta). La magnitud del voltaje requerido (V) para producir un AT ( flujo de calor) dado se encuentra determinado por las caractersticas de los materiales que conforman la junta y se le conoce como coeficiente Peltier (t). IQMetal Metal=2 , 1tdonde: Q : Calor emitido absorbido, [kJ]. I: Corriente elctrica, [A]. t : Coeficiente Peltier relativo a los metales 1 y 2, [ kJ/A]. ) / (/dx dT Idx dQ= tT2T1 Calor emitido por el conductor Calor absorbido por el conductor QQ I AT=T2-T1 T2 > T1 X EL EFECTO THOMPSON: El coeficiente Thompson (t) es la relacin de la absorcin y emisin de calor en un solo materialconductoraunaraznproporcionaldelflujodecorrienteydelgradientede temperatura (ver figura). La figura representa de manera esquemtica el efecto Thompson efectundose en un metal dado a una cierta AT.Thompson obtuvo la relacin del tercer coeficiente termoelctrico (t), para uno solo de los conductores (ver figura bajo la suposicin de que al fluir la corriente elctrica (I) en unconductor,existeungradientedetemperaturadependientedelaposicin(dT/dx, donde x representa la posicin a lo largo del conductor referida a la direccin del flujo de la corriente Iy calor Q) queconduce a una razn de calentamiento dependiente a su vez tambin de la posicin x (dQ/dx). De donde t es igual a: Thompson obtuvo la relacin del tercer coeficiente termoelctrico (t), para uno solo delosconductores(verfigura)bajolasuposicindequealfluirlacorriente elctrica (I) en un conductor, existe un gradiente de temperatura dependiente de la posicin (dT/dx, donde x representa la posicin a lo largo del conductor referida a ladireccindelflujodelacorrienteIycalorQ)queconduceaunaraznde calentamiento dependiente a su vez tambin de la posicin x (dQ/dx). De donde t es igual a: ) / (/dx dT Idx dQ= t

donde: Q: Calor emitido absorbido, [Kj]. I: Corriente elctrica, [A]. T: Temperatura absoluta, [K]. X:EjerelativoalgradientedeposicinAxatravsdelcualserealizalatransferencia de calor (Q) y el flujo de la corriente elctrica (I). El principio de los refrigeradores de este tipoy como se mencion anteriormente, est basadoenloqueseconocecomoefectoPeltier(Fig.1.5).enestetipode refrigeradores,noseutilizalaunindedosmetalesyaqueladiferenciade temperaturaproducidaesmuypequea,enrealidadloqueseutilizaeslauninde materialessemiconductorestipopyn,loscualesproducenmayoresdiferenciasde temperatura. Metal Semiconductor Existendostiposdematerialessemiconductores,lossemiconductorestiponylos semiconductores tipo p. El material semiconductor tipo n tiene un exceso de cargas negativas electrones.Laadicindeimpurezasqueprovocanunadeficienciadeelectronesenel material da como resultado un material semiconductor tipo p en el cual las cargas mayoritarias presentes son cargas positivas (ausencia de electrones). Algunos ejemplos de materiales tipo p y n son: Bi2Te3, Bi2Te3+Sb2Te2+Sb2Se3, PbTe, SiGe y SiSb. Diagramaesquemtico de una junta metal-semiconductor para producir el efecto Peltier p Calentamiento Enfriamiento n Corriente elctrica +- Calentamiento Elcalentamientoenfriamientodelasjuntaseselresultadodefenmenosbsicosde transportedecalor.Elrefrigeradortermoelctricoutilizaloscambiosdenivelenergticodelas cargaselctricasparatransportarenergatrmica(calor);adems,ladireccindelflujode corriente elctrica determina si una junta dada disipa absorbe calor. Independientemente del efecto Peltierasociadoalfuncionamientodeunabombadecalortermoelctrica,existendosfenmenos adicionales que ocurren en el circuito y afectan el desempeo de la bomba: El calentamiento Joule que ocurre por efectos de resistencia elctrica de los semiconductores a la corriente elctrica. Laconduccindecalor,fenmenoinevitabledebidoalauninfsicaentrelosmaterialesyal gradiente de temperatura presente en los mismos. Para disear un sistema ptimo termoelctrico, se debe considerar, un material que minimiza el calentamientoJoule,unarelacingeomtricarea/longitudadecuadaparalajuntayelhechode que el AT de operacin del refrigerador y el calor (Q) transferido son inversamente proporcionales, esto es que AT ser ptima cuando Q = 0 y viceversa. Este tipo de sistemas se utiliza generalmente para enfriamiento y aunque su COP es menor que eldeunrefrigeradorconvencional,tienelaventajadeserpequeosysilenciosos,noemplear lquidos,suregulacinycontrolesmuysencillo(proporcionalalacorrienteelctrica),responden rpidamente a cambios de polarizacin invirtiendo la funcin de la bomba (bomba termoelctrica de calentamiento-enfriamiento)ypornotenerpartesmvilessondelargaduracin.Como inconveniente tcnico (bajos COP) y econmico (costo de los mdulos de juntas termoelctricas), una aplicacin de bomba de calor termoelctrica solo es adecuada a bajas potencias trmicas (aprox. 30 Watts menos),

Estesistemaderefrigeracinesmuycostosoysuusosealimitadoparaaplicacionesdemuy bajas potencias de refrigeracin. Lasmquinastermoacsticasnodifierendelasmquinasdepotenciaenel sentido de que ellas intercambian calor y trabajo. La diferencia resideen que el tipodetrabajoqueseobtiene,sellamatrabajoacstico,queconsisteenel transporte de energa de una onda sonora. El efecto termoacstico se da cuando una placa slida esta sometida a los efectos deunaondaacsticaplanaestacionariaendireccinparalelaalaplaca.Las principales consecuencias que se pueden observarson las siguientes: 1.Aparicindeunflujonetodecalorcercadelasuperficiedelalminaalo largo de la direccin de la vibracin. 2.Generacinoabsorcindepotenciaacstica(trabajo)cercadelasuperficie de la lmina. EFECTO TERMOACSTICO PARLANTE REJ I LLAS CALIENTE FRIO Elrefrigerador termoacsticoconsisteenun resonador de un cuarto de longitud de onda, que tiene en su extremo abierto y un parlante encargadodegenerarunaondaacstica estacionaria dentro de este. Dentrodeltuboselocalizaunarejillade lminasalineadasdetalformaquequeden en la misma direccin de la vibracin, la cual constituyeelmedioslidoquevaa interactuar con el fluido. La presencia de la onda dentro del tubo hace quedurantelaoperacindelamquinael fluidoylaslminasinteracten,originando un flujo neto de calor de un lado a otro de la rejilla(enlafiguradelladoizquierdoal derecho),llevandouncalornetodesdeuna zonaabajatemperaturahastaunaams alta temperatura. De esta formaopera como unrefrigeradorconvencionalenelcualel trabajo es suministrado por el parlante. REFRIGERADOR TERMOACSTICO REJILLA QENTRA QSALE EltubodeHofler,elcual consisteenuntubometlicoconuno de sus extremos cerrados y con elotroabiertoalaatmsfera.El tubotieneunarejilladelminas alineadasenladireccindela vibracin,queconstituyenelmedio slidoquevaainteractuarconel fluido. Sieltubosesometeauna temperaturaentrelosdosextremos, demaneraqueelextremocerrado esteamayortemperaturaqueel otro,segenerarunaondasonora. Enestecaso,lamquinaesta absorbiendocalordeunafuentea altatemperaturayestexpulsando partedeestecaloraunafuentede temperaturamsbaja,generando trabajo acstico (sonido).TUBO DE HOFLER FROCALIENTE SISTEMAS TRITERMOS (TRES FUENTES DE TEMPERATURA) DE PRODUCCIN DE FRO. Introduccin Estossistemasadiferenciadelossistemastritermosfuncionancon energatrmica[1].Parasufuncionamientorequierenporlomenosde tres fuentes da calor (de donde su nombre tritermos): 1.Unafuentedebajatemperatura,TEendondeelcalorseextraedel medio a enfriar; 2.Unafuentedemedianatemperatura,TC endondeelcalorsecedeal medio exterior; 3.Unafuenteaaltatemperatura,TG ,dondeelcalorsesuministrapara asegurar su funcionamiento. [1]Paraalgunossistemasesnecesariociertacantidaddeenerga mecnicalacualsinembargoespequeacomparadaconlaenerga trmica requerida. Q1 w Q2 Q2 T3 T2 T0 S1 S2S3 ACOPLAMIENTO ENTRE UNA MQUINA TRMICA Y UN REFRIGERADOR CLASIFICACIN DE SISTEMAS TRITERMOS DE PRODUCCIN DE FRO. A.Sistemasendondeintervieneunciclodeproduccindeenergamecnicacon motor trmico y un ciclo frigorfico a compresin. un motor trmico a combustin interna ( a gas o con combustibles lquidos). un motor a gas caliente ( combustin externa, con calentamiento clsico o solar. un motor a vapor ( calentamiento clsico o solar). B.Sistemaendondeintervienenunmotortrmicoyuncicloderefrigeracina aire. C,Sistemas en donde intervienen un mdulo termoelctrico Seebeck y unmdulo efecto Peltier. D.Sistemas a sorcin: Sistemas a absorcin (liquido-vapor) Ciclo con funcionamiento intermitente Ciclo con funcionamiento continuo* Ciclo de absorcin-difusin Ciclo a resorcin* E.Sistemas a adsorcin (intermitentes) F. Sistemas frigorficos a eyeccin* * Sistemas que requieren un pequeo suministro de energa mecnica Los sistemas C, D y E, pueden operarse con energa solar. COEFICIENTESDEEFICIENCIADELOSSISTEMASFRIGORFICOS TRITERMOS. Desdeelpuntodevistatermodinmicoesconvenienteconsiderarunsistema frigorficotritermocomounamquinaconstituidaporunmotortrmico,(MT),funcionandoentredostemperaturasTGyTC yunamquinafrigorfica,operando entre las temperaturas TEy TC , de acuerdo a la figura1.4 . Pordefinicinelcoeficientedeoperacinestarepresentadodemanerageneral como: inistrada energasumigerante efectorefrQQCOPG= =0

Si se incluye el trabajo W suministrado por el motor trmico (MT), el cual es absorbido por la mquina frigorfica (MF), se tiene: GQWWQCOP .0=Elprimertrminoeselcoeficientedeeficienciadelciclofrigorficoditermorecibiendo energa mecnica y el segundo el rendimiento del motor trmico productor de trabajo. Por lo tantolaeficienciadeunsistemafrigorficotritermoestarepresentadoporlarelacin siguiente: MT MF SFTCOP COP COP =

si las dos mquinas acopladas se consideran perfectas (ideales): ideal MT ideal MF iseal SFTCOP COP COP, , ,=

en temperaturas termodinmicas: GC GE CEideal SFTTT TT TTCOP-=,

Principiodefuncionamiento.Enlapartesuperiorpuedeverseunaseccindelcompresordeinyeccindevapor, llamado tambin eyector. Por la tobera 2 entra el vapor de impulsin y se expande. Debido a la inyeccin a alta velocidad, se produce una aspiracin que se engendra en el evaporador la baja presin necesaria para aspirar el vapor. El calor necesario para la vaporizacin se toma del agua, la cual se pulveriza con elobjetodeobtenerunasuperficiedeevaporacinlomayorposible.Elaguafraasobtenida,despusdeser utilizadaparasufin,esdevueltaalevaporadorconunosgradosmsdetemperatura.Elaguaaspiradaporel inyector es sustituida por el condensado del condensador, a travs de la vlvula de regulacin VR o por agua fresca. Lamezcladevaporgeneradaenlatoberamezcladora4,fluyeagranvelocidadporeldifusor5ytransformasu energa cintica en presin. Para lograr una condensacin por medio de agua fra, el incremento de presin debe ser lo suficientemente elevado de acuerdo con la temperatura del agua. La mayor parte del condensado precipitado es devuelto al evaporador. SISTEMA DE REFRIGERACIN A EYECCIN Sistema de refrigeracin a eyeccin de vapor SISTEMA DE REFRIGERACIN A EYECTO-COMPRESIN Introduccin Un sistema de refrigeracin por eyecto-compresin combina un ciclo de compresin de vapor y un eyector de vapor. El ciclo por eyecto-compresin se puede considerar como un ciclo por compresin de vapor que emplea para su operacin un eyector en lugardeuncompresorconvencional.Elrefrigeranteessuccionadoycomprimidoa presin de saturacin en el eyector a partir del empleo de un fluido motor. El fluido motor deber ser un fluido del mayor peso molecular posible, pero en la mayora de las instalaciones convencionales por cuestiones prcticas se emplea el mismo fluido como refrigerante y motor. Comosepuedeverenlafiguraunrefrigeradorbasadoenelprincipiodeeyecto-compresinestconstituidabsicamentepordoscircuitostrmicos,unollamado circuito motor caliente y otro llamado circuito fro. El circuito caliente tiene como funcin producir el vapor del fluido de trabajo en el generador de vapor mediante el suministro de una cantidad de calor QGE para despus pasarlo al eyector. Condensador QG QE Generador Eyector Vlvula de expansin Evaporador Circuito fro Circuitocaliente bomba QC Diagrama esquemtico de un refrigerador por eyecto-compresin de vapor.Fluido caliente Fluido fro ( PG ) ( PE ) PC Zona de mezclado y de generacin de ondas de choque El eyector est constituido por dos toberas una dentro de la otra las cuales tienen una seccin convergente, cuello,yunaseccindivergente.Enlaseccinconvergente,elvapordelcircuitocalientedisminuyesu presin y aumenta su velocidad alcanzando un nivel supersnico. Posteriormente en la seccin divergente, seproducelaexpansindelfluido,provocandolasuccindelfluidofroprovenientedelevaporador.El fluidocalientesecomprimejuntoconelfluidofroatravsdeondasdechoqueysalendeleyector.El fluidoasformadopasahaciaelcondensadordondeselicuamediantelaextraccindeunacantidadde calor QCO, para separarse despus en dos lneas, una que va hacia el generador de vapor y la otra que va hacia el evaporador, donde se vaporiza mediante la absorcin de una cantidad de calor QEV y pasa hacia el eyector dando inicio nuevamente al ciclo. Eficienciadel ciclo por eyecto-compresin. Laeficienciatermodinmicaparaestecicloestdadoporlaecuacin,donde representa la relacin de flujos = masa que circula por el circuito caliente motor / masa que circula por el circuito fro: ||.|

\|AA= =GEEVGEEVENFHHQQCOPt1Elflujoquecirculaporelcondensadoreslasumadelflujodelgeneradordevaporyel evaporador;estoesqueelflujoquesaledelcondensadorsedivideentrelosdoscircuitosdel sistema. As es que un parmetro importante tanto de diseo como de operacin de los sistemas de eyeccin de vapor es la relacin de flujo entre el condensador y el evaporador. CICLOS DE REFRIGERACIN POR SORCIN Losciclosderefrigeracinporsorcinpresentangrandessemejanzasconel ciclodecompresindevapor,yaqueambosciclospresentanoperaciones anlogasdecondensacin,expansinyevaporacindeuncomponentepuro conocido como fluido de trabajo. La principal diferencia entre los ciclos consiste enelprocesodecompresindelvaporsaturadoacondicionesde sobrecalentamiento;elciclodecompresinmecnicaempleauncompresoren tantoquelosciclosporsorcinaprovechanciertosfenmenosfisicoqumicos propiosdelainteraccindedosfases.Dichosfenmenosincluyenlos fenmenosdesuperficieentrelasfases,ladifusinytransferenciademasade unafaseenotraylasposiblesreaccionesqumicasentreloscompuestosque forman las fases. Vlvula de expansin Equipo de sorcin QCO QEV QSO TSO,PSO QDS TDS,PDS Desorcin del gas de la fase sl. lq. Sorcin del gas en la fase sl. lq. Contacto entre el gas y la fase slida lquida evaporador condensador Fluido de trabajo (gas) vapor de baja presin PDS = PCO = PH PSO = PEV = PL TDS > TSO > TCO Gas absorbido en la fase slida olquida Equipo de desorcin Fluido de trabajo, GAS Vapor de alta presin Uncicloporsorcinconstadelostresprocesos comunesalfluidodetrabajo,estoesla condensacin(condensador),laexpansin (vlvuladeexpansin)ylaevaporacin (evaporador).Pero,elcicloporsorcin substituye al compresor por dos procesos propios delosfenmenosdesorcin;unequipode sorcinyunequipodedesorcin.Elequipode sorcinrecibeelfluidodetrabajocomovapor saturado a baja presin y lo pone en contacto con otra fase compuesto (un lquido un slido); el fluidodetrabajo,alentrarencontactoconeste lquidoslidoexperimentaunfenmenode sorcin (absorcin, adsorcin quimiosorcin) y seunealslidolquidoencuestin,liberando unacantidaddadadecalorQsodesorcina condicionesTSOyPSOenelproceso.Elequipo de desorcin libera (como vapor sobrecalentado) el fluido de trabajo sorbido en el slido lquido aladicionarunacantidaddecalorQDSde desorcinacondicionesdeTDSyPDS.SiPSOes elniveldebajapresindelabombadecalory PDSeselniveldealtapresin(dondepor supuestoPDS>PSO)setieneunsistemasencillo de bomba de calor por sorcin. CICLO DE REFRIGERACIN POR SORCIN Los fenmenos de sorcin as como las condiciones de presin, temperatura y concentracin saturacin a las cuales se llevan a cabo, se encuentran regidos por el equilibrio termodinmico existente entre las fases. Ensuarreglomssencillo,losrefrigeradoresporsorcinoperandeformaintermitentepara sistemasslido-gas;estoesdebidoaladificultadmecnicaasociadaaltransportedelslido de un equipo a otro. En ciclos intermitentes el equipo de sorcin y el equipo de desorcin son el mismo, e intercambian sus funciones de forma peridica (por ejemplo, un recipiente opera como desorbedor, liberando el fluido de trabajo de una cama fija de slido. Una vez que todo el fluido de trabajo ha sido desorbido y ha circulado por el condensador, vlvula y evaporador regresa al mismo recipiente; slo que en este caso opera como equipo de sorcin y el fluido de trabajo,apartirdeunfenmenodesorcin,seunealslidopresenteenlacamadel recipiente).Parasistemaslquido-gas,elciclopuedeoperardeformacontinuaalintegrarse una bomba y una vlvula adicionales que conformaran el circuito secundario de solucin entre absorbedor y generador de vapor. Lossistemasporsorcinoperantrmicamente.Estoesqueeltrabajorequeridoporelciclo paraoperaresdetipocalorfico.Labombanoconsumetrabajomecnicoyelgastode potencia elctrica se encuentra restringida a los equipos de medicin, control y bombeo. Los sistemas de por sorcin requieren de un consumo de energa calorfica de alto potencial en el desorbedor. En el desorbedor, para poder liberar el fluido de trabajo de la fase a la cual se encuentraunido,serequieredelsuministrodecaloraunmayorniveldetemperaturaqueel que se disipa en el condensador. Es por ello que los sistemas por sorcin operan a dos niveles de presin y tres de temperatura. Lossistemasporsorcinson:laabsorcinlquido-gas(absorcin),laabsorcinslido-gas ( termoqumica) y la adsorcin slido-gas ( adsorcin). CARA CARACTERISTICAS GENERALES DE LOS SISTEMAS A SORCIN - - - - -- - ABSORCIN ADSORCIN COMPRESIN-ABSORCIN ABSORCIN (LQUIDO-GAS) REFRIGERACIN PORSORCINREFRIGERACIN POR COMBINACIN DE CICLOS HIDRUROS METLICOS (METAL-HIDRGENO) TERMOQUMICOS (SLIDO-GAS) ADSORCIN (SLIDO-GAS) CLA CLASIFICACIN DE LOS CICLOS DE REFRIGERACIN POR SORCIN REFRIGERACIN POR ABSORCIN. Elcicloderefrigeracinporabsorcinesuncasoparticulardelossistemasa sorcinendondeparticipanporlogeneraldosfases,sea,entreunliquidoyun vapor o entre un slido y un vapor. Detodoslosciclostermodinmicosdisponiblesparalaproduccindefrolos sistemas tritermos a sorcin son los ms utilizados en la aplicacin de energas de bajaentalpacomolasolaroelcalordedesechoindustrial,enparticularlos sistemas a absorcin lquido-gas y slido-gas y losdeadsorcin slido-gas,tanto en funcionamiento continuo como intermitente. REFRIGERACIN POR ABSORCIN: ANTECEDENTES El sistema consista de una bomba manual, movida por la palanca B, comunicada por el tubo C con una garrafa, que contiene tres cuartas partes de agua, para que en ella se pueda hacer vaco. Cuando el pistn ha funcionado un cierto nmero de veces, se alcanza un vaco suficiente para que la evaporacin del agua en la garrafa inicie; el enfriamiento se desarrolla tan rpidamente, que la garrafa se cubre de roco. El vapor de agua producido por la evaporacin es absorbido por el cido sulfrico concentrado, que est contenido en el recipiente D. En pocos minutos (10 minutos aprox.), se observa la congelacin del agua, primero formando largas agujas en su superficie, y despus se congela toda la masa de agua.ENFRIADOR DE AGUA DE EDMOND CARR REFRIGERACIN POR ABSORCIN: ANTECEDENTES Refrigerador por absorcin amoniaco-agua de Ferdinand Carr

EnestesistemasetieneungeneradorBquecontieneunasolucinamoniacalconcentrada.Alcalentarse,los vaporesdeamoniacoquesedesprendenprovocanellevantamientodelavlvulaC,atraviesanunacolumnade rectificacin R, para separar los vapores del agua de los del amoniaco y por un tubo T van a un intercambiador de calor,EVqueseenfrapormediodeunacorrientedeagua,actuandocomouncondensador.ElgeneradorBse enfra,pordelacirculacindeaguaosesumergeenundepositoconaguaestticayelamoniacolquido,que estabacontenidoenelintercambiadordecalor,seevaporaconlaconsecuenteproduccindefro.Losvapores formadosvuelvenalacolumnaRpormediodeltuboT.Lapresinejercidaporlosvaporespermitemantener cerrada la vlvula C y pasan a travs del tubo Ta y burbujean en la solucin diluida, absorbindose y formando de nuevo la solucin concentrada inicial. En esta mquina el enfriamiento se produce por medio de la vaporizacin instantnea del amoniaco lquido. El cilindro metlico A deparedesresistentescontieneunasolucinamoniacalconcentradacomunicaporuntuboestrechoconotrodepsitocilndrico-cnico condensador B, igualmente resistente y doble pared. En su cavidad est colocado el recipiente C que contiene el agua que se quiere congelar. El aparato funciona en un ciclo cerrado sin fugas, lo que origina que siempre se comprime y se dilata. Este aparato de uso domstico, representado en la figura 5.4, funciona por medio de calentamiento en el depsito A hasta que el termmetro que contienealcanceunvalorcercadelos120C.Astatemperatura,la mayoradelgasamoniacosedesprendedelasolucinyse condensaenB,sumergidoenuncubodeaguafra,parasustraerelcalorsuministradoalvapor.Enestemomentoseretiradel fuego el cilindro A y se le sumerge en un cubo de agua fra El enfriamiento permite al agua contenida en A disolver el amoniaco, de talmodoqueseproduceunvacoyelgasamoniaco,licuadoenB,sevaporizarpidamenteparavolverseadisolverenA.El enfriamiento producidopor esta evaporacin, es capaz decongelarel agua en pocos minutos. Una vez terminada la operacin,el aparato est en la disposicin de comenzar otro ciclo de enfriamiento. REFRIGERACIN POR ABSORCIN: ANTECEDENTES REFRIGERADOR DOMSTICO POR ABSORCIN AMONIACO-AGUA DE FERDINAND CARR Direccin de flujo A TA < TB B Agua cido Sulfrico Mezcla REFRIGERADOR INTERMINTENTE POR ABSORCIN DESARROLLADO PORSIR. JOHN LESLIE CICLOS DE REFRIGERACIN POR ABSORCIN LQUIDO-GAS Los ciclos de refrigeracin por absorcin tienen dos caractersticas principales : 1.Utilizanunpardesustanciasafinesqumicamente,llamadasfluidodetrabajoy absorbente. 2. La energa principal suministrada al sistema es calorfica. Loselementosprincipalesdeuncicloderefrigeracinporabsorcinaunaetapason:un generadordevapor,uncondensador,unevaporador,unabsorbedor,dosvlvulasde expansin y una bomba. En la figura se muestra esquemticamente un ciclo de este tipo con sus elementos bsicos. Todos los sistemas simples de refrigeracin por sorcin operan a tres niveles diferentes de temperatura y dos de presin como mnimo. Elfuncionamientodeestetipodeciclosessimilaraldeuncicloderefrigeracinpor compresin,enloreferentealosprocesosdecondensacin,expansin,yevaporacin;sin embargoenelciclodeabsorcinsubstituyealcompresorensufuncinderecibirvapor saturado de baja presin y entregarlo como vapor sobrecalentado de alta presin por medio deuncircuitosecundarioenelcualellquidoabsorbenteserecirculaatravsdeuna bomba.Laenergamecnicarequeridaparabombearloslquidosdentrodeestetipode refrigeradores generalmentepequeaencomparacinconlacantidaddeenergatrmica suministradapara su operacin (QGE y QEV). Bomba Vlvula Evaporador Condensador Vlvula GeneradorAbsorbedor QC QG QA QE CICLO DE REFRIGERACIN POR ABSORCIN EN FUNCIONAMIENTO CONTNUO 7 5 13 11 10 QG Generador TG QI 912 8 QA TA QC 1 TR Rectificador QR 1514 QE TE 6 4 QSC 5 3 2 Intercambiador de calor Subenfriador Condensador Evaporador Absorbedor REFRIGERADOR CONTINUO POR ABSORCIN CON RECTIFICACIN DE VAPORESY RECUPERADORES DE CALOR SENSIBLE EFICIENCIA DEL SISTEMA DE REFRIGERACIN POR ABSORCIN. La eficiencia de operacin del sistema de refrigeracin es medida por el coeficiente de operacin conocido como COP[1]: B GEW QQbomba trabajodel frigerante stradoalre calorsuminrse ealevapora efrigerant bidoporelr calorabsorCOP+=+=(5.1) con QE y QG los calores de evaporacin y de generacin del refrigerante y Wb el trabajo suministrado por la bomba. [1] COP = Coefficient Overall of Performance. E G/ A R C RC CICLO DE REFRIGERACIN POR ABSORCIN EN FUNCIONAMIENTO INTERMITENTE Concentracin Temperatura 1 5 4 3 2 P = CTE. REPRESENTACIN GRFICA DEL CICLO INTERMITENTE Concentracin 1 5 4 3 2 P = CTE. entalpa REPRESENTACIN DE UN CICLO INTERMITENTE DE REFRIGERACIN POR ABSORCIN EN UN DIAGRAMA ENTALPIA - CONCENTRACIN }+ =dM h h M h ML MCOPVm1 1 3 34||.|

\|='mLh hMM3 434exp||.|

\|=R RRX xXdM1COEFICIENTE DE OPERACIN X1X2 L O G P 1/TE 7 1/TC1/TG1/TA X=1X=0 PC PE REPRESENTACIN DE LOS CICLOS BSICOS DE REFRIGERACIN POR ABSORCIN EN DIFERENTES PLANOS TERMODINMICOS. OLDHAM MERKEL - BOSNJAKOVIK A C B A + B = C CA B A B = C E n t a l p i a Concentracin MA MB = MC MA XA MB XB= MCXCy MA hA MB hB = MC hC REGLA DE LOS MOMENTOS APLICADAS A LAS MEZCLAS CASOS PARTICULARES DE CICLOS DE REFRIGERACIN POR ABSORCIN CICLO DE REFRIGERACIN A CIRCUITO ABIERTO. El aire caliente entra en (1) y se mezcla con el aire reciclado tomado en (5) del espacio a climatizar (E),a travs del circuito (a). En (2), las dos corrientes de aire se mezclan provenientes de (1) y (5). El aire mezclado se introduce en el absorbedor(A),endondecirculaatravsdeunrociadordeunasolucinabsorbenteconcentrada.Esteabsorbente puede ser una solucin acuosa de cloruro de litio (LiCl) o de calcio (CaCl2). En (3) el aire se dehumidifica debido a que la solucin a extrado una parte de su contenido de humedad y debido a este sufre un aumento de su temperatura, yaqueenlamayoradelosprocesosdeabsorcin,estosestnacompaadosdeunadisipacindecalor(calorde disolucin). El aire hmedo y caliente se introduce en un lavador de aire o humidificador (H), en donde una lluvia de agua humidifica el aire y lo enfra, a causa de la vaporizacin de una parte de esta agua. En el punto (4), el aire fro y hmedo se introduce en el espacio a enfriar a travs de un ventilador. Este aire se calienta desde las condiciones en (4) hasta las condiciones en (5) en el interior del espacio por climatizar, debido a la absorcin de calor. Enelabsorbedorlasolucindiluida(ricaencontenidodeagua),esenviadaaunintercambiadordecalor(IC),en donde se calienta para despus entrar en un hervidor (HE), en donde por calentamiento, se vaporiza el agua en el aire atmosfrico,loquepermitequelasolucinseconcentre(pobreencontenidodehumedad).Estehervidorseconoce tambin como concentrador o regenerador. La solucin concentrada una vez formada es succionada por la bomba (P2) yenviadahaciaelintercambiador(IC),endondeseenfraalcalentarsimultneamentelasolucindiluiday posteriormentepasaaunenfriador(E)endondecompletasuenfriamientopormediodeuncircuitodeintercambio trmico con agua. De esta forma la solucin concentrada y fra regresa al absorbedor para iniciar un nuevo ciclo de enfriamiento. Absorbedor Hervidor Espacio a refrigerar Aire reciclado Agua Enfriador Aire caliente Bomba 1 Bomba 2 IC Calentamiento H (a) 4321 CICLO DE REFRIGERACIN CONTINUO A ABSORCINEN UN SISTEMA ABIERTO Temperatura 1 5 4 3 2 Humedad REPRESENTACIN EN UN DIAGRAMA PSICROMTRICO DE UN CICLO DE REFRIGERACIN POR ABSORCIN EN UN SISTEMA ABIERTO SISTEMA DE REFRIGERACIN POR ABSORCIN DIFUSIN Ciclo a absorcin con auto circulacin o columna de burbujas. CONDENSADOR ABSORBEDOR EVAPORADOR GENERADOR DE BURBUJAS QA QE QG QC En estos sistemas el fluido de trabajo circula de manera natural por medio del efecto de termosifn, conocido con el nombredebombadeburbujas.Usandoaguacomorefrigerantelapresindiferencialentreelcondensadoryel absorbedoresmuybajaysepuedemantenerusandoelprincipiodelacabezahidrosttica.Lasolucindel absorbedor puede circular al generador por una bomba de burbujas.Generador Absorbedor Evaporador Condensador Rectificador ICS IC a b b SC SC SD Mezcla gaseosa rica en hidrgeno Mezcla gaseosa pobre en hidrgeno Solucin diluida Solucin concentrada Solucin concentrada Solucin diluida Amonaco lquido Amonaco gas SISTEMA DE REFRIGERACIN POR ABSORCIN DIFUSIN Absorbedor Agua enf. VA IC EX (SD) 2 4 5 R ET Condensador Generador 3 Alta presin C1 (SC) 1 Baja presin Agua enf. Agua enf. Evaporador Bomba 1 Bomba 2 Bomba 3 CICLO CONTINUO DE REFRIGERACIN POR ABSORCIN (BROMURO DE LITIO AGUA)PARA EL ACONDICIONAMIENTO DEL AIRE CICLO CONTINUO DE REFRIGERACIN POR ABSORCIN PARA EL ACONDICIONAMIENTO DE AIRE Sistema bromuro de litio-agua El agua, es transportada por la bomba (B1) y e irriga la superficie externa del evaporador, en cuyo interior circula el agua a enfriar, proveniente de la instalacin de climatizacin. El vapor formado esabsorbidoporlasolucinqueirrigaelintercambiadorparaenfriamiento(1)delabsorbedor (intercambiadoraagua).Estasolucinsedesplazapormediodelabomba(B2).Lasolucin concentradaen agua se transporta por medio de la bomba (B3), de la zona de baja presin hacia la zonadealtapresin,atraviesa,pasandoporelintercambiadordecalor(IC)endondesecalienta antes de introducirse en el generador. Debido al calentamiento en el intercambiador de calor(3), el vapordeaguasedesprendeysevaacondensarsobreelintercambiadordecalor(4)del condensador,enfriadoporelagua.Elagualquidaformadaregresaporelcircuito(C1)yel dispositivo de expansin (EX) hacia el evaporador. Lasolucinconcentrada(SC),regresahacialazonadebajapresin,enfrindoseenel intercambiador IC. Alimentndose as para el sistema en el punto 5, a travs de la bomba (B2) con una solucin de concentracin intermedia entre la solucin diluida y la solucin concentrada. Elregulador(R),queregulapormediodeunelementotrmico(ET),latemperaturadelagua enfriada, controlada por medio de una vlvula automtica VA, el flujo del fluido de calentamiento calentador y tambin el flujo de las soluciones por medio de una vlvula de tres vas V3V. 4 Absorbedor Generador Calentamiento Agua Bomba 1 Vlvula IC 1 XC XC XD XD 8 7 5 6 Desorbedor Resorbedor Fluido a enfriar Bomba 2 Vlvula IC 2 XD XD XC XC 1 3 2 Agua Baja presin Alta presin Ciclo continuo de refrigeracin a resorcin Enestemododefuncionamientoseencuentraelconjuntoconstituidopor:elabsorbedor(A),un intercambiador de calor (IC) y un generador (G), el cual se utiliza para poder desplazar el vapor del refrigerante, de la zona de baja presin (BP) a la de alta presin (AP).En este sistema el evaporador sereemplazaporundesorbedorodesgasificador(D),Endondelasolucinconcentradarefrigerantesediluyealpasarbajolabajapresin,deconcentracinXrcorrespondiendoalas condiciones del punto 2, a la concentracin Xp correspondiendo al punto (3). La temperatura de esta solucinpermanecebajadebidoalasalidadelvapordeamoniaco,elcualesaspiradoporel absorbedor (A), es aqu en donde se produce el efecto refrigerante del sistema. En el punto (3), la solucin es aspirada por la bomba (B2) , atravesando el intercambiador de calor (IC2) , en donde se calienta parcialmente hasta 4, bajo la concentracin constante Xp. Esta solucin completa su calentamiento en el resorbedor (R) en donde absorbe el vapor de amoniaco proveniente delgenerador.LaconcentracindelasolucinpasadeXpaXr(transformacinde4a1).El enfriadordeaguacolocadoalinteriordelresorbedorabsorbeelcalordisipadodurantela absorcin. Se observa que el resorbedor juega el papel de condensador en el sistema convencional de absorcin. Lasolucinasconcentradaseintroduceotravezaldesgasificador,atravesandoelintercambiador (IC2), donde se enfra y la vlvula de regulacin (VR) en donde se expande. CICLO DE ABSORCIN POR RESORCIN. Refrigerante 100% Absorbente 100% XC XD PA PB TGTA=TRTD T log P 1 2 4 3 XDXC 5 8 6 7 REPRESENTACIN GRFICA DEL CICLO DE REFRIGERACIN POR SORCIN Baja presin Alta presin Absorbedor BP Generador BP Calentamiento Agua Bomba 1 Vlvula IC BP XCBP XCBP XDBP XDBP c b a d Absorcin a baja presin Absorbedor AP Generador AP Calent. Agua Bomba 2 Vlvula IC AP XCAP XCAP XDAP XDAP c b a d Absorcin a presin alta 2 Agua Condensador Lquido a enfriar 54 3 1 L 6 Evaporador Presin intermedia CICLO CONTINUO DE REFRIGERACIN POR ABSORCIN A DOS ETAPAS Refrigerante 100% Absorbente 100% XCAP XDBP XDAP XCBP PA PI PB TETGTA=TC T log P b a c d a c d b REPRESENTACIN DE UN CICLO DE REFRIGERACIN POR ASORCIN A DOS ETAPAS ENUN DIAGRAMA PRESIN-TEMPERATURA.CONCENTRACIN CICLOS A MLTIPLE EFECTO Ciclo a doble efecto operando con el sistema Bromuro de litio Agua. El calor liberado debido a la condensacin del vapordeamoniacoseusacomocalorsuministradoenelgeneradorII.SiseusaelsistemaAmoniaco-Agua,se puedegenerarunaaltapresinenelgeneradordelprimerefecto.SehananalizadociclosatresycuatroefectosSin embargo, una mejora en el COP, no est directamente ligada al incremento del nmero de efectos. Se observa que, que cuando el nmero de efectos se incrementa, el COP de cada efecto no ser ms alto que para el sistema a un solo efecto. Por otra parte, el nmero ms alto de efecto produce un sistema con mayor complejidad. Generador I IC II IC I absorbedor Generador II evaporador QH QI QL condensador Ciclo de absorcin a doble efecto (bromuro de litio-agua). El calor eliminado en el condensador se suministra al generador II. Este ciclo opera a 3 niveles de presin. QIQLcondensadorevaporadorGeneradorIIC IAbsorbedor IGeneradorIIIC IIAbsorbedor IIrectificadorQIQHCalor de AbsorcinLa figura representa un ciclo de refrigeracin por absorcin a doble efecto usando el sistema amoniaco-agua, en dondeestesistemasepuedeconsiderarcomounacombinacindedosciclosseparadosdeunsoloefecto.El evaporadoryloscondensadoresdeambosciclos,estnintegradosjuntoscomounasolaunidad.Deesta manera, hay slo dos niveles de presin en el sistema y la presin mxima puede limitarse a una presin con un nivel aceptable. Slo El calor suministrado al generador II es por medio de fuentes externas. Como el agua es un absorbente, no hay riesgo de cristalizacin en el absorbedor. Desde ahora, el absorbedor II puede operar a alta temperatura y disipar caloral generador I. Esta configuracin del sistema se considera comoRepresentacin grfica de un ciclo de absorcin a doble efecto operando a dos niveles de presin. El calor de absorcin del absorbedor II se suministra al generador II para el proceso de separacin del refrigerante 1a.etapa generadorIC IIC IIIC IIIcondensadorabsorbedor evaporador2da. etapa generador3ra. etapa generadorQIQLQHQIRepresentacin de un ciclo de absorcina tres efectos operando con cuatro niveles de presin. El calor de condensacin de la etapa de ms alta presin se usa para la separacin del refrigerante en la etapa de ms baja presin. CICLO DE ABSORCIN CON GAX. El trmino GAX se refiere a la insercin de un intercambiador de calor (X), entre el generador (G) y el absorbedor (A) y en algunas ocasiones se llama DAHX, el cual representa un intercambiador de calor (X), entre un desorbedor (D)yunabsorbedor(A).Sepuedealcanzarunaaltaeficienciaconunsistemaaunsoloefecto.Deacuerdoal sistemade absorcin a doble efecto en flujo paralelo, mencionado anteriormente, el sistema consiste de dos ciclos a un solo efecto, trabajando en forme paralela.El Concepto de GAX, se usa para simplificar el ciclo de absorcin a doble efecto en dos etapas, pero produciendo todava la misma eficiencia.condensadorevaporadorgeneradorfluido secundariorectificadorPre-enfriador de condensadoQIQLQLQHabsorbedorCICLO DE ABSORCIN CON GAX. ICAbsorbedor recuperadorDe calorabsorbedorgeneradorcondensadorevaporadorQGQCQAQEbomba. Ciclo de refrigeracin por absorcin con absorbedor recuperador de calor que usa el calor de absorcin para precalentar la corriente del absorbedor al generador. QIcondensador Generador IIICabsorbedor IIGenerador IQHICabsorbedor IevaporadorQLQIQICICLO A MEDIO EFECTO Ciclo de absorcin de medio efecto. Este ciclo es una combinacin de dos ciclos a un solo efecto, pero operando a diferentes niveles de presin. Este concepto es similar al sistema doble efecto en paralelo. Sin embargo, este sistema consiste de dos ciclos completamente separados, usando diferentes clases de fluidos de trabajo. En la figura se representaunciclo,elcualconsistededosciclosdeunsoloefectousandoamoniaco-aguay bromurodelitio-agua.Elsistemadeamoniacoesoperadoconcalorprovenientedeunafuente externa.Elcalorrechazadodesuabsorbedorycondensadorseusaparaoperarelsistemade bromuro de litio. El sistema bromuro de litio, disipa el calor a travs del absorbedor y condensador de manera habitual. El efecto de enfriamiento se obtiene de ambos evaporadores. Generador EvaporadorAbsorbedorAbsorbedorEvaporador IC IC Condensador NH3-H20Generador LiBr H20 Condensador CICLO DUAL CICLO DE ABSORCIN SLIDO-GAS. Elcicloderefrigeracinporabsorcinslido-gas,tambinconocidocomorefrigeracintermoqumica, es un sistema basado en reacciones heterogneas slido - gas, en dnde el efecto trmico se debe a la AHR entalpadereaccindeunamsreaccionesqumicasentreunslidoyungas.Launidadbsicadel procesoconsisteenunreactorenelcualsellevaacabolareaccinslido-gas,conectadoaun condensador y un evaporador. Este ciclo de refrigeracines similar al de absorcin lquido-gas, en el sentido de que en el reactor existe una relacin de equilibrio de fases que gobierna los fenmenos de la cintica de reaccin,transferenciadecalor,presinytemperaturadeoperacin.Ladiferenciafundamentalentreestos dos ciclos, consiste en la naturaleza fsica de la absorcin; ya que en este caso la absorcin se realiza entre unslidoyungas.Estadiferenciasepuedeapreciaralobservarelcomportamientodelasisotermasde equilibrio, en el caso de la absorcin lquido-gas,la relacin entre presin de vapor y la concentracin es una funcinconstante,loquesignifica quees posibleobtenercualquier concentracin, sinembargo, enel caso de la isoterma de la absorcin slido-gas, se tiene una funcin discontinua, en donde la presin permanece constante cuando hay un cambio en la concentracin, es decir, que en este caso, se tienen compuestos de composicin definida. No existiendo compuestos de composicin intermedia. Elreactorsubstituyealcompresorparaunciclodecompresinmecnicadevaporyalabsorbedory generador para un ciclo por absorcin; el resto del ciclo es comn tanto para las bombas de calor mecnicas comoparalossistemasdeabsorcinytermoqumicos.Elprocesoengeneralconsisteenunreactorenel cualsellevaacabounareaccinentreunasalyelgas;estegaseselfluidodetrabajodelciclo.Elcalor removido aplicadoenel reactores calordereaccin(AHR).Lasreaccionesquesellevana cabosondel siguiente tipo: ()RH S G S A + + v v 'donde: AHR = Cambio de entalpa de la reaccin calor de reaccin.v= Coeficiente de transformacin estequiomtrico. S= Sal. G= Gas (fluido de trabajo). S= Compuesto formado por la reaccin entre la sal y el gas. Generador IICICabsorbedorGenerador IIevaporadorQHQI QLEyectorCiclo modificado a doble efecto de un ciclo eyector-absorcin en donde no se incluye un condensador. este sistema emplea dos etapas de generacin similar a lo que se utiliza en un sistema a doble efecto. Sin embargo, en contrasteconunsistemaconvencionalaabsorcinadobleefecto,elvapordelrefrigerantedebajapresindel generadordelsegundoefectoseusacomofluidomotorporeleyectorytraeconsigovapordelrefrigerantedel evaporador. El vapor a la salida del eyector es descargado al absorbedor, provocando un aumento en la presin a un nivel ms alto que en el evaporador. Por consiguiente, la concentracin de la solucin dentro del absorbedor se puede conservar de la cristalizacin cuando el sistema requiera operar con bajas temperaturas en el evaporador o con altas temperaturas en el absorbedorGenerador ICabsorbedorQIcondensadorevaporadoreyectorQHQIQLBombaLa figurapresenta una configuracin diferente, en este caso, el eyector se usa para mantener el absorbedora unapresinmsaltaqueenelevaporador.Adiferenciadelcasoanterior,elfluidomotordeleyectoresla solucin lquida a alta presin proveniente del generador. Por consiguiente, slo un refrigerante de alta presin y alta densidad se puede usar. Esto es debido a que un eyector operado con un lquido no es conveniente que opere con vapor de baja densidad como el agua, como es el caso de los sistemas que utilizan bromuro de litio-agua.Un sistema combinado eyector-absorcin. La solucin concentrada de retorno del generador sirve como fluido primario y el vapor del refrigerante proveniente del evaporador, como fluido secundario. Generador ICabsorbedorQHevaporadorcondensadorQIQLQIeyectorbombaEn la figura se presenta un ciclo combinado entre una bomba de calor de inyeccin de vapor y un ciclo a un solo efecto.Enestesistema,elsistemadeinyeccindevaporseusacomounabombadecalorinterna,lacualseusa para recuperar el calor de desecho durante la condensacin del vapor del refrigerante del ciclo a un solo efecto. La bombadecalorsuministracalorslgeneradordeunsistemadeabsorcin.Elvapordelrefrigerantegeneradodel generadoresllevadoporeleyectordevaporyeslicuadojuntoconelvapormotordeleyectorpordisipacinde calor a la solucin en el generador. En este sistema el problema de la corrosin se elimina si la temperatura mxima de la solucin se mantiene a 80 C.Ciclo combinado de eyector-absorcin. El vapor de alta presin del refrigerante proveniente del generador entra al eyector como fluido motor arrastrando el vapor del refrigerante del evaporador.

Generador Condensador Generador de Vapor IC Absorbedor Evaporador Eyector En la figura se presenta un ciclo combinado entre una bomba de calor de inyeccin de vapor y un ciclo a un solo efecto.Enestesistema,elsistemadeinyeccindevaporseusacomounabombadecalorinterna,lacualseusa para recuperar el calor de desecho durante la condensacin del vapor del refrigerante del ciclo a un solo efecto. La bombadecalorsuministracalorslgeneradordeunsistemadeabsorcin.Elvapordelrefrigerantegeneradodel generadoresllevadoporeleyectordevaporyeslicuadojuntoconelvapormotordeleyectorpordisipacinde calor a la solucin en el generador.Ciclo combinado entre una bomba de calor de inyeccin de vapor y un ciclo a un solo efecto. CICLO DE ABSORCIN CON MEMBRANA OSMTICA. evaporadorcondensadorgeneradorabsorbedorQIQLQHQImembranalafigura5.31,consistecomosiempredeuncondensadoryunevaporador.Lasolucinconcentradaenel absorbedor y la solucin diluida en el generador se separan una de la otra, por medio de una membrana osmtica. Estamembranapermitequesloelrefrigerantepase.Porlotantoelrefrigerantedelabsorbedorsepuede transferiralgeneradorporunefectodedifusinosmticaatravsdelamembranasinutilizarunabomba mecnica.Ladiferenciaenpresindentrodelgeneradorydelabsorbedoresdependientedeltipodemembrana utilizada. Normalmente la membrana no es perfecta, y el absorbente del absorbedor se puede difundir junto con el refrigerantealgenerador.Deestaformaserequiereunavlvuladepurgapararestrengthenlasolucinenel absorbedor.Ciclo de absorcin con membrana osmtica, el cual emplea calor para la separacin del refrigerante y produce una diferencia de presin dentro del sistema. CICLO CONTINUO A DOS ETAPAS La figura representa esquemticamente sta configuracin. Se tiene un conjunto formado por un absorbedor (A) y un generador (G), el cual opera a baja presin y transfiere el vapor del refrigerante tomado en el punto (1) del evaporador (E), de la presin baja (PB)a una presin intermedia (PI). Este vapor es enseguida transferido de la presin PI a la alta presin (PA), gracias a un segundo conjunto formado por un absorbedor (B) y un generador (G), que operan a alta presin (PA). Este vapor es enviado en (2) en el condensador. Baja presin Alta presin Absorbedor BP Generador BP Calentamiento Agua Bomba 1 Vlvula IC BP XCBP XCBP XDBP XDBP c b a d Absorcin a baja presin Absorbedor AP Generador AP Calent. Agua Bomba 2 Vlvula IC AP XCAP XCAP XDAP XDAP c b a d Absorcin a presin alta 2 Agua Condensador Lquido a enfriar 54 3 1 L 6Evaporador Presin intermedia Refrigerante 100% Absorbente 100% XCAP XDBP XDAP XCBP PA PI PB TETGTA=TC T log P b a c d a c d b Representacin de un ciclo de refrigeracin por absorcin a dos etapas en un diagrama presin temperatura concentracin. Bomba Generador Absorbedor Compresor W QAB QGE Vlvula de expansion Circuito de la solucin Circuito del fluido de trabajo DIAGRAMA ESQUEMTICODE UN REFRIGERADOR HBRIDO POR COMPRESIN-ABSORCIN En la figura se muestra esquemticamente la versin ms simple de un refrigerador por compresin-absorcin, la cul est formada por un generador, un absorbedor, un compresor, una bomba y una vlvula de expansin. Enelgenerador,sesuministraunacantidaddecalorQGE,parasepararelvapordelfluidodetrabajodel absorbente. El vapor obtenido es comprimido para dejarlo a una mayor presin a la entrada del absorbedor. La solucindiluida(bajaconcentracindelcomponentemsvoltil)esbombeadadelgeneradoralabsorbedor paraabsorberelvaporprovenientedelcompresor,disipandounacantidaddecalorQABhaciaelexteriora unatemperaturamayorquealaquesesuministrcaloralgenerador.Porltimo,lasolucinconcentrada (altaconcentracin delcomponente msvoltil)pasaatravsdelavlvuladeexpansinhaciaelgenerador dando inicio una vez ms al ciclo]. Este sistema opera bajo el principio de que la reaccin renversible entre el slido y el gas se encuentrasujetaalosprincipiosdelequilibrioexistenteentreambasfases;estoesquela renversibilidad de la reaccin depende de la temperatura de la sal y lapresin de vapor del gaspresente.As,losnivelesdetemperaturadeQREyQGEsondiferentes.Despusde finalizada la reaccin y extrado todo el calor til QRE (AHR) a condiciones TRE y PRE, al igual que en las mquinas por calor por absorcin lquido gas y debido a la renversibilidad de las reacciones,se suministra unacantidad de calorQGE al reactor acondiciones TGEy PGEparasepararelfluidodetrabajorequerido.Obviamente,ensumodomssimplede operacin,esteesunsistemaqueoperadeformaintermitentedadoqueelreactoroperaa niveles de presin y temperatura diferentes para la fase de reaccin y regeneracin. Unodelosparesdesustanciasqueseutilizanenestetipodesistemaseselclorurode manganeso amoniaco, (MnCl2-NH3). En este sistema, una mol de MnCl2 en estado anhidro puede absorber seis moles de gas NH3, en reacciones sucesivas con equilibrios diferentes. La ltima reaccin de absorcin en el equilibrio del sistema anterior, es de acuerdo a la reaccin siguiente, en donde la relacin 6-2 representa las moles de NH3 absorbidas por la sal en cada trmino de la reaccin en el equilibrio: REFRIGERACIN TERMOQUMICA Vlvula de expansin Zona de reaccin QCO QEV QRE TRE,PRE QGE TGE,PGE Gas Zona de regeneracin Gas Condensador Desorcin entre la sal y el gas Sal,gas (absorbido) Sal + Gas Evaporador Absorcin entre la Sal y el Gas REFRIGERACIN TERMOQUMICA Estesistemaoperabajoelprincipiodequelareaccinrenversibleentreelslidoyelgasse encuentrasujetaalosprincipiosdelequilibrioexistenteentreambasfases;estoesquela renversibilidad de la reaccin depende de la temperatura de la sal y la presin de vapor del gas presente.As,losnivelesdetemperaturadeQREyQGEsondiferentes.Despusdefinalizadala reaccinyextradotodoelcalortilQRE(HR)acondicionesTREyPRE,aligualqueenlas bombas de calor por absorcin y debido a la renversibilidad de las reacciones, se suministra una cantidaddecalorQGEalreactoracondicionesTGEyPGEparasepararelfluidodetrabajo requeridoquedariniciounavezmsalciclo.Obviamente,ensumodomssimplede operacin,esteesunsistemaqueoperadeformaintermitentedadoqueelreactoroperaa niveles de presin y temperatura diferentes para la fase de reaccin y regeneracin.

Uno de los pares de sustancias que se utilizan en este tipo de bombas de calor es el MnCl2-NH3, (6-2NH3).Enestesistema,unamoldesal(MnCl2)puedeabsorberseismolesdegas(NH3)en reacciones sucesivas a equilibrios diferentes. La ltima reaccin de absorcin en el equilibrio del par anterior es como sigue, donde la relacin 6-2 representa las moles de NH3 absorbidas por la sal en cada trmino de la reaccin en el equilibrio: ( ) ( ) ( )34 42 6 3 3 2 2 3NHRH Cl NH Mn NH Cl NH Mn A + +

Esto quiere decir que en la ltima reaccin en el equilibrio entre el MnCl2 y el NH3 se absorben generan cuatro (62=4) moles libres de NH3. REFRIGERACIN TERMOQUMICA Vlvula de expansin Zona de adsorcin QC QEV QAD TAD,PAD QDE TDE,PDE Gas Gas Gas adosrbido en el slido Condensador Zona de desorcin Evaporador Desorcin del Gas absorbido Gas + Slido Adsorcin entre El slido y el gas CICLO DE REFRIGERACIN POR ADSORCINElcicloderefrigeracinporadsorcinesunsistemaslido/gas,muysemejantesenconceptoalossistemas termoqumicos salvo por la diferencia bsica de que la operacin entre el slido y el gas es una adsorcin. El efecto trmico se debe a la AH de adsorcin.QREA TREA, PREA Hidrgeno QREB TREB, PREB QGEB TGEB,PGEB Zona de reaccin Zona de reaccin QGEA TGEA,PGEA Hidrogenacin metal B Zona deregeneracin Deshidrogenacin hidruro A Recipiente del hidruro A Zona de regeneracin Metal A hidrogenacin Recipiente del hidruro B Hidrgeno Hidruro B Deshidrogenacin