Compresion de vapor y absorcion

1. UNIVERSIDAD FERMIN TORO
REFRIGERACIÓN Y AIRE
ACONDICIONADO
HENRY QUERALES 12.450.745
CABUDARE, JUNIO 2015

2. Componentes que tiene un sistema de refrigeración por compresión de
vapor
Los componentes son: condensador, evaporador y compresor.
Un evaporador donde se absorbe el calor a una baja temperatura al
evaporarse (hervir) un líquido a baja presión.
Un compresor que utiliza una energía mecánica para aumentar la presión del
vapor.
Un condensador donde se condensa el vapor de alta presión, desprendiendo
calor a sus proximidades.
Un dispositivo reductor de presión del líquido de retorno al evaporador, y que
además controla el caudal.
CICLO DE REFRIGERACIÓN POR COMPRESIÓN DE VAPOR.
En el proceso de compresión de vapor se realizan modificaciones al ciclo de
Carnot basados en las siguientes consideraciones:
En el proceso de compresión, el fluido de trabajo solo debe estar en la fase de
vapor.
Para expansionar el refrigerante es recomendable utilizar un dispositivo más
económico y con cero mantenimientos (válvula de estrangulamiento o tubo
capilar).
La temperatura de condensación no debe limitarse a la zona de saturación.
Muchos aspectos imprácticos asociados con el ciclo invertido de Carnot, se
eliminan al evaporar el refrigerante completamente antes de que se comprima y
al sustituir la turbina con un dispositivo de estrangulamiento, tal como una
válvula de expansión o tubo capilar.

3. S
Ciclo de refrigeración por compresión de vapor Diagrama Ts
real.
Influencia de las irreversibilidades en el compresor.
El proceso de compresión en el ciclo ideal es internamente reversible y
adiabático y, en consecuencia, isentrópico. Sin embargo, el proceso de
compresión real incluirá efectos friccionantes los cuales incrementan la
entropía y la transferencia de calor que puede aumentar o disminuir la entropía,
dependiendo de la dirección.
Influencia de las irreversibilidades en el evaporador.
En los ciclos ideales de refrigeración, el fluido de trabajo sale del evaporador y
entra al compresor como vapor saturado. Pero esta condición es imposible de
mantener el estado del refrigerante con tanta precisión. En lugar de eso se
procura diseñar el sistema de manera de sobrecalentar ligeramente al
refrigerante a la entrada del compresor para así garantizar evaporación
completa al momento de ingresar al compresor. Asimismo, en línea que
conecta al evaporador al compresor suele producirse caídas de presión del
refrigerante y cierta ganancia de calor no deseable, trayendo como resultado
un aumento en el volumen específico del refrigerante y por ende un incremento
en los requerimientos de potencia de entrada al compresor, basado en el
criterio de Wneto = ∫vdp

4. Influencia de las irreversibilidades en el condensador.
En los ciclos ideales de refrigeración, el fluido de trabajo sale de condensador
como liquido saturado a la presión de salida del compresor. Sin embargo, es
inevitable que se produzcan caídas de presión en el condensador así como en
las líneas que conectan al compresor y a la válvula de estrangulamiento,
además de la imposibilidad de mantener con precisión la regulación del
condensador para tener a la salida líquido saturado, y es indeseable enviar
refrigerante a la válvula de estrangulamiento sin condensaren su totalidad,
debido a que reduce la capacidad de absorción de calor, por lo que se
considera el sub enfriamiento como alternativa para disminuir la entalpía de
entrada a la válvula de estrangulamiento y en consecuencia aumentar la
capacidad de absorción de calor (efecto refrigerante).
SISTEMA DE REFRIGERACIÓN EN CASCADA
El ciclo en cascada es un conjunto de ciclos de compresión de vapor simple en
serie, de manera que el condensador de un ciclo de temperatura inferior,
proporciona calor al evaporador de un ciclo de temperatura mayor. El
refrigerante por lo general en cada circuito es diferente con el objeto de ajustar
los intervalos de temperatura y presión.
Diagrama ts.
Diagrama de maquina en sistema de cascada.

5. SISTEMA DE REFRIGERACIÓN POR COMPRESIÓN DE VAPOR
MÚLTIPLES ETAPAS
Para sistemas de compresión de vapor, donde se desea reducir el trabajo de
entrada del compresor, se realizan modificaciones que consiste en incluir la
compresión multi etapa con refrigeración intermedia. En estos ciclos de
refrigeración intermedia el de energía puede ser el mismo refrigerante, ya que
en muchos puntos del ciclo, la temperatura del refrigerante es inferior a la
temperatura del ambiente. Por tanto, el intercambiador de calor que funciona
como refrigerador intermedio, se convierte en un intercambiador regenerativo,
ya que el calor se transfiere de forma interna en el sistema.
Diagrama ts.
Diagrama de máquina del sistema multi etapa
La fracción de vapor que se forma en la cámara de evaporización instantánea,
es la calidad X del fluido en el estado 6 del diagrama de máquinas tal como se
observa en la figura 2.5-a, y es la fracción de flujo que pasa por la cámara de
mezcla proveniente de la cámara de evaporación instantánea. La fracción de
líquido formado es 1-X, que corresponde a la fracción del flujo total que pasa
por el evaporador.

6. SELECCIÓN DEL REFRIGERANTE ADECUADO.
Aunque en los comienzos del desarrollo de los sistemas de refrigeración se
utilizaron sustancias químicas como el dióxido de azufre, amoníaco y éter
etílico, desde la década de los treinta, el campo ha sido denominado por la
clase general de sustancias denominadas compuestos clofluoro carbonados
(CFC). Los más importantes se designan R-11, R-12, R-22 y R-502 (mezcla del
R-22 y R115). Al final de la década de los ochenta se tomaron medidas
internacionales para restringir el uso de ciertos CFC, ya que se encontró que
reduce la capa protectora del ozono de la atmósfera y contribuye al efecto
invernadero. Así en la década de los noventa se inicia un periodo en el que se
investiga nuevos refrigerantes, como los compuestos hidrofluoro carbonados
(HFC).
SISTEMA DE REFRIGERACIÓN POR ABSORCIÓN
Un método alternativo de refrigeración es por absorción. Sin embargo este
método por absorción solo se suele utilizar cuando hay una fuente de calor
residual o barata, por lo que la producción de frío es mucho más económica y
ecológica, aunque su rendimiento es bastante menor.
El refrigerante no es comprimido mecánicamente, sino absorbido por un líquido
solvente en un proceso exotérmico y transferido a un nivel de presión superior
mediante una simple bomba. La energía necesaria para aumentar la presión de
un líquido mediante una bomba es despreciable en comparación con la energía
necesaria para comprimir un gas en un compresor. A una presión superior, el
refrigerante es evaporado de sorbido del líquido solvente en un proceso
endotérmico, o sea mediante calor. A partir de este punto, el proceso de
refrigeración es igual al de un sistema de refrigeración por compresión. Por
esto, al sistema de absorción y desorción se le denomina también "compresor
térmico".
En este sistema de refrigeración por absorción, al igual que en el de
compresión se aprovecha que ciertas sustancias absorben calor al cambiar de
estado líquido a gaseoso. En el caso de los ciclos de absorción se basan
físicamente en la capacidad de absorber calor que tienen algunas sustancias,
tales como el agua y algunas sales como el bromuro de litio, al disolver, en fase
líquida, vapores de otras sustancias tales como el amoniaco y el agua,
respectivamente.
CICLO DE REFRIGERACIÓN POR ABSORCIÓN

7. En los sistemas de refrigeración por absorción se diferencia entre dos circuitos,
el circuito del refrigerante entre compresor térmico, condensador y evaporador,
y el circuito del solvente entre el absorbedor y el separador. Una ventaja
notable de los sistemas de absorción es que el refrigerante no es un
fluoroclorocarbono. La mezcla de refrigerante y solvente en aplicaciones de
aire acondicionado y para temperaturas mayores a 0°C es agua y bromuro de
litio (LiBr). En aplicaciones para temperaturas hasta -60°C es amoniaco (NH 3)
y agua. Hasta hoy no se han encontrado otras mezclas apropiadas para estas
aplicaciones, aunque se están desarrollando sistemas de adsorción, en los que
el refrigerante es absorbido en matrices sólidas de ceolitos.
Ventajas e inconvenientes de la refrigeración por absorción
El rendimiento es menor que en el método por compresión (0,8 frente a 5,5),
sin embargo en algunos casos compensa el que la energía proveniente de una
fuente calorífica sea más económica, incluso residual o un subproducto
destinado a desecharse. También hay que tener en cuenta que el sistema de
compresión, utiliza normalmente la energía eléctrica, y 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.
Al calor aportado al proceso de refrigeración se le suma el calor sustraído de la
zona enfriada. Con lo que el calor aplicado puede volverse a reutilizar. 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. Los aparatos 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).
Ciclo refrigeración de vapor Ciclo refrigeración por absorción
La temperatura del refrigerante es
inferior a la temperatura del ambiente.
Utiliza energía eléctrica, y cuando
ésta llega a la toma de corriente lo
hace con un rendimiento inferior al
25% sobre la energía primaria
utilizada.
El intercambiador de calor que funciona
como refrigerador intermedio, se
convierte en un intercambiador
regenerativo, ya que el calor se
transfiere de forma interna en el
Sistema.
Se logra evaporando un gas
refrigerante en estado líquido a través
el refrigerante no es un
fluoroclorocarbono
Se diferencia entre dos circuitos, el
circuito del refrigerante entre
compresor térmico, condensador y
evaporador, y el circuito del solvente
entre el absorbedor y el separador.

8. de un dispositivo de expansión dentro
de un intercambiador de calor,
denominado evaporador.
En este intercambiador se liberan del
sistema frigorífico tanto el calor latente
como el sensible, ambos componentes
de la carga térmica.
Solo se suele utilizar cuando hay una
fuente de calor residual o barata, por
lo que la producción de frío es
mucho más económica y ecológica,
aunque su rendimiento es bastante
menor.
Absorción de amoníaco
En las torres de absorción de amoníaco en agua se realiza la transferencia
de calor en forma integrada. El diseño se basó en un intercambiador de calor
de casco y tubo, con los tubos dispuestos en forma vertical. La absorción-
condensación del NH3 se realiza en el interior de los tubos, siguiendo el
mecanismo de la película descendente.
El intercambiador de calor es el componente activo del equipo, ya que en
esa sección se desarrolla la absorción/condensación del amoníaco. El agua
amoniacal desciende por el interior de los tubos formando una película
turbulenta con alta capacidad para la transferencia de calor. El amoníaco
gaseoso, que circula en el mismo sentido descendente es rápidamente
absorbido liberando el calor de disolución.
El calor es transferido al agua de refrigeración, que circula en flujo cruzado por
la coraza del intercambiador para ser enviado a las torres de enfriamiento de la
planta.
Los parámetros de diseño más importantes para cada equipo son:
• Caudal de agua amoniacal diluida: 170000 kg/h.
• Caudal de amoníaco anhidro: 25000 kg/h.
• Caudal de agua de refrigeración: 1100 m3/h.
• Presión de diseño: 19 bar.
• Temperatura de diseño: -30 a + 90 °C.