TEMA 11. REFRIGERACIÓN - Campus Virtual CETP- · PDF file3 4 Termodinámica...
Transcript of TEMA 11. REFRIGERACIÓN - Campus Virtual CETP- · PDF file3 4 Termodinámica...
1
Termodinámica Aplicada
Ingeniería Química
TEMA 11. REFRIGERACIÓN
TermodinTermodináámica Aplicada 06/07mica Aplicada 06/07 Tema 11. RefrigeraciTema 11. Refrigeracióónn
PROCESOS INDUSTRIALES
CALOR TRABAJO Y POTENCIA
PSICROMETRÍAREFRIGERACIÓN
GENERALIDADESCICLOS DE POTENCIA DE VAPOR
CICLOS POTENCIA DE GAS Y OTROS CICLOS
ANÁLISIS PROCESOS
TEMA 11: REFRIGERACIÓN
OBJETIVOS1. Comprender la importancia y las aplicaciones de la refrigeración en la industria2. Entender el funcionamiento de los ciclos básicos de producción de frío: ciclos
de compresión de vapor (ciclo de Carnot invertido), los ciclos de refrigeración de gas(ciclo de Brayton invertido), los ciclos de absorción y los sistemas de refrigeración
3. Representar los ciclos descritos por el refrigerante en los diagramas termodinámicos T-S y P-H y calcular propiedades de los mismos con esta herramienta
4. Calcular los coeficientes de operación y la capacidad de refrigeración5. Conocer los refrigerantes más empleados, los criterios de selección de los mismos
y sus propiedades más importantes
BLOQUE II. Análisis termodinámico de procesos industriales
2
TermodinTermodináámica Aplicada 06/07mica Aplicada 06/07 Tema 11. RefrigeraciTema 11. Refrigeracióónn
TEMA 11: REFRIGERACIÓN
• INTRODUCCIÓN: REFRIGERACIÓN EN LA INDUSTRIA
• CICLOS DE COMPRESIÓN DE VAPOR
• Ideales
• Prácticos. Cálculo. Coeficientes de aprovechamiento
• Reales
• REFRIGERANTES
• Selección
• Propiedades
• PROCEDIMIENTOS EN SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN
• Cascadas
• Regeneración (economizadores)
• Licuefacción de gases
• SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN
• CICLOS DE REFRIGERACIÓN DE GAS
• CICLOS DE ABSORCIÓN
TermodinTermodináámica Aplicada 06/07mica Aplicada 06/07 Tema 11. RefrigeraciTema 11. Refrigeracióónn
TEMA 11: REFRIGERACIÓN
• INTRODUCCIINTRODUCCIÓÓN: REFRIGERACIN: REFRIGERACIÓÓN EN LA INDUSTRIAN EN LA INDUSTRIA
• CICLOS DE COMPRESIÓN DE VAPOR
• Ideales
• Prácticos. Cálculo. Coeficientes de aprovechamiento
• Reales
• REFRIGERANTES
• Selección
• Propiedades
• PROCEDIMIENTOS EN SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN
• Cascadas
• Regeneración (economizadores)
• Licuefacción de gases
• SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN
• CICLOS DE REFRIGERACIÓN DE GAS
• CICLOS DE ABSORCIÓN
3
TermodinTermodináámica Aplicada 06/07mica Aplicada 06/07 Tema 11. RefrigeraciTema 11. Refrigeracióónn
Introducción: Refrigeración en la industria
• Operación destinada a mantener la T de un sistema más baja que Tambiente
• <<Refrigeración a baja T>> , para distinguir de agua de refrigeración
• APLICACIONES:
• Op. Separación:
• rectificación a baja T, vacío …
• Cristalización (concent. de zumos, recic. neumáticos) y fusión selectiva
• Liofilización
• Licuación de gases (aire, gas natural, etileno) para transporte o producción
• Conservación de perecederos
• Acondicionamiento de aire
• PRODUCCIÓN DE FRÍO:
• Compresión→enfriamiento→expansión: ciclos de compresión
• Absorción en un líquido→compresión→desorción: ciclos de absorción
• Alto coste debido a la utilización de trabajo/electricidad como energía primaria
TermodinTermodináámica Aplicada 06/07mica Aplicada 06/07 Tema 11. RefrigeraciTema 11. Refrigeracióónn
Introducción
• REFRIGERADORES/BOMBAS DE CALOR
Dispositivos cíclicos que transfieren el calor de una región de baja temperatura a unade alta temperatura empleando como fluido de trabajo un refrigerante
El objetivo de un refrigerador es mantener el espacio refrigerado a una T bajay extraer el calor de él
El objetivo de una bomba de calor es mantener un espacio calentado a T alta
4
TermodinTermodináámica Aplicada 06/07mica Aplicada 06/07 Tema 11. RefrigeraciTema 11. Refrigeracióónn
TEMA 11: REFRIGERACIÓN
• INTRODUCCIÓN: REFRIGERACIÓN EN LA INDUSTRIA
• CICLOS DE COMPRESICICLOS DE COMPRESIÓÓN DE VAPORN DE VAPOR
•• IdealesIdeales
•• PrPráácticoscticos. . CCáálculolculo. . CoeficientesCoeficientes de de aprovechamientoaprovechamiento
•• RealesReales
• REFRIGERANTES
• Selección
• Propiedades
• PROCEDIMIENTOS EN SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN
• Cascadas
• Regeneración (economizadores)
• Licuefacción de gases
• SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN
• CICLOS DE REFRIGERACIÓN DE GAS
• CICLOS DE ABSORCIÓN
TermodinTermodináámica Aplicada 06/07mica Aplicada 06/07 Tema 11. RefrigeraciTema 11. Refrigeracióónn
Ciclos de compresión de vapor: ideales
CICLOS DE COMPRESIÓN (IDEALES)
• Método predominante
• Principio: máquina de Carnot invertida
Cq&
Fq&
w&
T ↑
T ↓
Cq&
Fq&
w&
T ↑
T ↓
T
S
Cq&
Fq&
1
43
2
P
H
Cq&
Fq&
1
43
2
Cq&
Fq&
1
43
2
Turbina Compresor
Evaporador
Condensador
• Compresión y expansión isoentrópicas
• Condensación y evaporación isotérmicas
• Compresión y expansión en dos fases
5
TermodinTermodináámica Aplicada 06/07mica Aplicada 06/07 Tema 11. RefrigeraciTema 11. Refrigeracióónn
Ciclos de compresión de vapor: ideales
FC
C
CFeneto
CCarnotBC TT
T
TTw
qCOP−
=−
==1
1
,,
FC
F
FCeneto
FCarnotREF TT
TTTw
qCOP−
=−
==1/
1
,,
CICLOS DE COMPRESIÓN (IDEALES)
BOMBA DE CALOR REFRIGERADOR
TermodinTermodináámica Aplicada 06/07mica Aplicada 06/07 Tema 11. RefrigeraciTema 11. Refrigeracióónn
Ciclos de compresión de vapor: prácticos
CICLOS DE COMPRESIÓN (PRÁCTICOS)
ASPECTOS IMPRÁCTICOS ASOCIADOS AL CICLO DE CARNOT INVERTIDO
• Ciclo invertido de Carnot no es un modelo realista para los ciclos de refrigeración
• Los procesos de TQ a T = cte no son díficiles de alcanzar en la práctica
• Compresión → mejor en una sola fase (admisión: vapor saturado)
• Expansión: puede hacerse en dos fases a través de una válvula (...) , pero ...
• No se recupera el trabajo (expansión isoentálpica, o de Joule-Thomson)
• El fluido se enfría menos para la misma ΔP
6
TermodinTermodináámica Aplicada 06/07mica Aplicada 06/07 Tema 11. RefrigeraciTema 11. Refrigeracióónn
Ciclos de compresión de vapor: prácticos
CICLOS DE COMPRESIÓN (PRÁCTICOS)
CICLO IDEAL DE COMPRESIÓN DE VAPOR
• La turbina se sutituye por un dispositivo de estrangulamiento (válvula, tubo capilar) EXPANSIÓN ISOENTÁLPICA (irreversible)
• Evaporar el refrigerante por completo antes de quese comprima (1 fase)
• El enfriamiento-condensación es isobárico, no isotérmico. Evaporación a T y P ctes
P
H
1
43
2
,P T ↑
,P T ↓
1-2: Rechazo de calor a P = cte en el condensador hasta líquido saturado(T2>Tamb)
2-3: Expansión isoentálpica hasta obtener una mezcla L+V baja calidad a la Pevap (la T3 < Tespacio refrigerado)
3-4: Absorción a P = cte en un evaporador hasta obtener vapor saturado4-1: Compresión isoentrópica hasta vapor sobrecalentado a la Pcond = P1
T
S
1
2
3 4
TermodinTermodináámica Aplicada 06/07mica Aplicada 06/07 Tema 11. RefrigeraciTema 11. Refrigeracióónn
Ciclos de compresión de vapor: prácticos
CICLOS DE COMPRESIÓN (PRÁCTICOS)
7
TermodinTermodináámica Aplicada 06/07mica Aplicada 06/07 Tema 11. RefrigeraciTema 11. Refrigeracióónn
Ciclos de compresión de vapor: prácticos
CICLOS DE COMPRESIÓN (PRÁCTICOS)
• Equipo sencillo, barato y duradero
• Cálculos y propiedades: diagrama P-H →
wcomp=h1-h4 ; qc=h1-h2 ; qF=h4-h3 (/kg o molg)
• Eficacias → Coeficientes de aprovechamiento: alejamiento del ciclo ideal
( )
( )
4 3
1 4
1 2. .
1 4
. . . ,
. . . , 1
F F FREF
C F C F
C C CB C
C F C F
h hq q TC O P Carnotw q q h h T Tq q Th hC O P Carnotw q q h h T T
−= = = =
− − −
−= = = = >
− − −
& &
& & &
& &
& & &
P
H
1
43
2
qc: Área bajo la curva proceso 1-2
qF: Area bajo la curva en el proceso 3-4
Wneto: Área encerrada por el ciclo
Wneto ↓ (COP ↑) cuando Tevap ↑ o Tcond ↓
T
S
1
2
3 4
TermodinTermodináámica Aplicada 06/07mica Aplicada 06/07 Tema 11. RefrigeraciTema 11. Refrigeracióónn
Ciclos de compresión de vapor: reales
CICLOS REALES DE COMPRESIÓN
FUENTES DE IRREVERSIBILIDADES
• Caídas de presión (fricción del fluido)
• TQ desde o hacia los alrededores
1- Vapor entra al compresor ligeramentesobrecalentado
2- Proceso de compresión: los efectosfriccionantes aumentan la entropía (proceso 1-2) y la transferencia de calor puede aumentar o disminuir la entropía (1-2’): deseable proceso1-2’ menor requerimiento de trabajo
3- El refrigerante se subenfría ligeramente antes de entrar al evaporador
8
TermodinTermodináámica Aplicada 06/07mica Aplicada 06/07 Tema 11. RefrigeraciTema 11. Refrigeracióónn
TEMA 11: REFRIGERACIÓN
• INTRODUCCIÓN: REFRIGERACIÓN EN LA INDUSTRIA
• CICLOS DE COMPRESIÓN DE VAPOR
• Ideales
• Prácticos. Cálculo. Coeficientes de aprovechamiento
• Reales
• REFRIGERANTESREFRIGERANTES
•• SelecciSeleccióónn
•• PropiedadesPropiedades
• PROCEDIMIENTOS EN SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN
• Cascadas
• Regeneración (economizadores)
• Licuefacción de gases
• SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN
• CICLOS DE REFRIGERACIÓN DE GAS
• CICLOS DE ABSORCIÓN
TermodinTermodináámica Aplicada 06/07mica Aplicada 06/07 Tema 11. RefrigeraciTema 11. Refrigeracióónn
Refrigerantes
• REFRIGERANTE: “El cuerpo que se emplea para absorber calor y retirarlo del sistema, ya sea en forma de calor latente (habitual) o calor sensible”
• REFRIGERANTES MÁS COMUNES (con TSAT a 1 atm):
• NH3 (-33ºC)
• Freones (CFC): R12 (CCl2F2,-29), R22 (CHClF2 ,-41), R114 (C2Cl2F4,+4), R134a (CF3CH2F,-30)
Los freones completamente halogenados destruyen la capa del ozono(efecto invernadero, calentamiento global); los no halogenadoscompletamente, menor capacidad de destrucción (R-134a, libre de cloro)
• Hidrocarburos: propano (-42ºC), etano, etileno
• CO2 (Tsub= -78ºC)
• Aire
• H2O (hielo, hielo con salmueras)
• Salmueras (problemas de corrosión sustituidos por anticongelantes: etilen-propilen-glicol, metanol, glicerina
9
TermodinTermodináámica Aplicada 06/07mica Aplicada 06/07 Tema 11. RefrigeraciTema 11. Refrigeracióónn
Selección de refrigerantes
• SEGURIDAD:
• Inertes, no explosivos, no tóxicos (NH3 prohibido en núcleos poblados)
• No contaminantes: CFC → Capa de ozono. → nuevos refrigerantes no (Cl y F)
• CRITERIOS TÉCNICOS:
• Entalpía de vaporización elevada
• Densidad del vapor reducida
• Capacidades caloríficas de líquido y vapor altas
• Relación de compresión favorable
• SELECCIÓN DE REFRIGERANTES:
• TEVAP (mínima) → PSAT (mínima) > 1 atm para evitar infiltraciones de aire
• Transferencia de calor razonable evaporador → ΔT mínima = 10ºC
• TCOND =TAMBIENTE+ΔTCOND ; debe ser << que T crítica
TermodinTermodináámica Aplicada 06/07mica Aplicada 06/07 Tema 11. RefrigeraciTema 11. Refrigeracióónn
Propiedades de refrigerantes
10
TermodinTermodináámica Aplicada 06/07mica Aplicada 06/07 Tema 11. RefrigeraciTema 11. Refrigeracióónn
Propiedades de refrigerantes
APLICACIONES
TermodinTermodináámica Aplicada 06/07mica Aplicada 06/07 Tema 11. RefrigeraciTema 11. Refrigeracióónn
TEMA 11: REFRIGERACIÓN
• INTRODUCCIÓN: REFRIGERACIÓN EN LA INDUSTRIA
• CICLOS DE COMPRESIÓN DE VAPOR
• Ideales
• Prácticos. Cálculo. Coeficientes de aprovechamiento
• Reales
• REFRIGERANTES
• Selección
• Propiedades
• PROCEDIMIENTOS EN SISTEMAS DE REFRIGERACIPROCEDIMIENTOS EN SISTEMAS DE REFRIGERACIÓÓNN
•• CascadasCascadas
•• RegeneraciRegeneracióónn ((economizadoreseconomizadores))
•• LicuefacciLicuefaccióónn de gasesde gases
• SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN
• CICLOS DE REFRIGERACIÓN DE GAS
• CICLOS DE ABSORCIÓN
11
TermodinTermodináámica Aplicada 06/07mica Aplicada 06/07 Tema 11. RefrigeraciTema 11. Refrigeracióónn
• Aplicaciones industriales que requieren T moderadamente bajas (gran nivel de presión en el ciclo) ciclo en una etapa no práctico
• Dos o más ciclos de refrigeración queoperan en serie
• Dos etapas: intercambiador de calorconecta los dos ciclos: evaporador del ciclosuperior y condensador del ciclo inferior
• Mejoran el rendimiento (pero masinmovilizado): wcompresor disminuye y la capacidad de refrigeración aumenta
• Un solo refrigerante o distintos
• Permiten grandes variaciones de T (con distintos refrigerantes)
1. Procedimientos en sistemas de refrigeración: cascadas
CASCADAS
TermodinTermodináámica Aplicada 06/07mica Aplicada 06/07 Tema 11. RefrigeraciTema 11. Refrigeracióónn
PROBLEMA: cascadas
CASCADA: 2 ETAPAS
0.1 MPa
1.6 MPa
La presión intermedia (presión del cambiador de calor) viene dado por la siguiente expresión:
5.0)·( bajaaltai PPP =
5.0)·( bajaaltai PPP =
En el problema que nos ocupa se sabe que la presión de alta (condensador) es 1.6 MPa y la presión de baja (evaporador) es 100 kPa. El flujo másico de Freón 12 que sale del evaporador es 0.6 kg/s. En estas condiciones se pide:
a) Representar gráficamente en un diagrama P-H el doble ciclo descrito por el refrigerante R-12
b) Determinar el estado en el que se encuentra el refrigerante en cada una de las etapas del ciclo especificando el valor de su de presión, temperatura, entalpía, entropía y título
c) Calcular la capacidad de refrigeración (kW)d) Determinar el coeficiente de operacióne) Calcular el flujo másico de vapor de agua
utilizado para enfriar el Freón 12 en el condensador si se sabe que ΔTw = 15ºC
f) Calcular la capacidad de refrigeración y el coeficiente de operación si el ciclo de refrigeración se llevase a cabo en una sola etapa
g) Justificar cualitativamente si compensa trabajar con dos etapas de refrigeración para el caso planteado
12
TermodinTermodináámica Aplicada 06/07mica Aplicada 06/07 Tema 11. RefrigeraciTema 11. Refrigeracióónn
PROBLEMA: cascadas
CASCADA: 2 ETAPAS
0.1 MPa
0.4 MPa
1.6 MPa
(a) Representación diagrama P-H ciclo descrito por el refrigerante
1
2
3
4
5
6
7
8
1.6 MPa
0.4 MPa
0.1 MPa
TermodinTermodináámica Aplicada 06/07mica Aplicada 06/07 Tema 11. RefrigeraciTema 11. Refrigeracióónn
PROBLEMA: cascadas
370100100210100100Título (%)
0.36300.33290.69280.69280.18020.16910.71710.7171S (kJ/kg·K)
98.1998.19215.60190.9743.6443.64197.95174.15H (kJ/kg)
8.1562.1968.88.15-30.108.1518.78-30.10T (ºC)
0.41.61.60.40.10.40.40.1P (MPa)
L-VL. sat.V. sobr.V.Sat.L-VL. sat.V. sobr.V.Sat.ESTADO
87654321
TABLA DE CORRIENTES
(b) Estado del refrigerante en cada una de las etapas
13
TermodinTermodináámica Aplicada 06/07mica Aplicada 06/07 Tema 11. RefrigeraciTema 11. Refrigeracióónn
PROBLEMA: cascadas
(c) Calcular la capacidad de refrigeración (kW)
(d) Determinar el coeficiente de operación
Balance de energía al cambiador de calor malta
Con la ecuación (3) obtenemos el trabajo de compresión y con la ecuación (2) el COP
kWHHmQ bajaREF 3.78)( 41 =−= &&
COMP
REF
wQCOP&
&= )()( 5612 HHmHHmw altabajaCOMP −+−= &&&
skgHHHH
mm bajaalta /998.0)()(
85
32 =−−
= &&
01.29.38
==
COPkWwCOMP&
TermodinTermodináámica Aplicada 06/07mica Aplicada 06/07 Tema 11. RefrigeraciTema 11. Refrigeracióónn
PROBLEMA: cascadas
(e) Calcular el flujo másico de agua de refrigeración utilizado para enfriar el Freón 12 en el condensador si se sabe que ΔTw = 15ºC
Balance de energía al condensador mw
CkgkJCp
skgTCpHH
mm
w
wwaltaw
º184.4
/87.1)( 76
=
=Δ−
= &&
14
TermodinTermodináámica Aplicada 06/07mica Aplicada 06/07 Tema 11. RefrigeraciTema 11. Refrigeracióónn
PROBLEMA: cascadas
CICLO REFRIGERACIÓN
1 ETAPA
54.070100100Título (%)0.40460.33290.71710.7171S (kJ/kg·K)98.1998.19224.03174.15H (kJ/kg)-30.1062.1978.65-30.10T (ºC)
0.11.61.60.1P (MPa)
Mezcla L-V
Líquido saturado
Vapor sobrecalentadoVapor saturado
ESTADO4321
kWHHmQ bajaREF 6.45)( 41 =−= &&
kWHHmw bajaCOMP 93.29)( 12 =−= &&
52.1==COMP
REF
wQCOP&
&
(f) Capacidad de refrigeración y coeficiente de operación si hubiese una sola etapa
TermodinTermodináámica Aplicada 06/07mica Aplicada 06/07 Tema 11. RefrigeraciTema 11. Refrigeracióónn
2. Regeneración (economizadores)
• Sistemas multietapa: el intercambiador de calor entre lasetapas (cascada) se sustituye por unaCÁMARA DE VAPORIZACIÓN INSTANTÁNEA (cámara de mezclamejores características de TQ)
• Sistema de cascada con refrigeranteúnico y transmisión de calor directa(mezcla)
• Reducen el flujo en la zona de altapresión
• Compresión se asemeja a unacompresión en dos etapas con interenfriamiento (disminuye w)
• Proporcionan varios niveles de T
15
TermodinTermodináámica Aplicada 06/07mica Aplicada 06/07 Tema 11. RefrigeraciTema 11. Refrigeracióónn
3. Licuefacción de gases
• Área importante de la refrigeración PROCESOS CRIOGÉNICOS(T < -100ºC) dependen de gases licuados:
• Separación de O2 y N2 del aire
• Estudio de propiedades a bajas T
• GASES LICUADOS COMUNES: He, N2 e H2
(Tc,He = -268ºC; Tc,H2 = -240ºC y Tc,N2 =-147ºC (no existirán en forma líquida en condiciones atmosféricas)
• ¿Cómo reducir la T de estos gases por debajo de la Tc?
• Ciclos en licuefacción de gases CICLO DE LINDE-HAMPSON
TermodinTermodináámica Aplicada 06/07mica Aplicada 06/07 Tema 11. RefrigeraciTema 11. Refrigeracióónn
3. Licuefacción de gases
• Ciclos en licuefacción de gases CICLO DE LINDE-HAMPSON
2-3: Compresión multietapa con refrigeración intermedia
3-4: Primer enfriamiento
4-5: Segundo enfriamiento en el regenerador
5-6: Expansión en la válvula hasta mezcla L-V
7: Producto líquido deseado
8-9: Vapor se calienta en el regenerador
El gas 9 +gas de reposición 1 = gas 2 (inicia el ciclo)
16
TermodinTermodináámica Aplicada 06/07mica Aplicada 06/07 Tema 11. RefrigeraciTema 11. Refrigeracióónn
3. Licuefacción de gases
TermodinTermodináámica Aplicada 06/07mica Aplicada 06/07 Tema 11. RefrigeraciTema 11. Refrigeracióónn
TEMA 11: REFRIGERACIÓN
• INTRODUCCIÓN: REFRIGERACIÓN EN LA INDUSTRIA
• CICLOS DE COMPRESIÓN DE VAPOR
• Ideales
• Prácticos. Cálculo. Coeficientes de aprovechamiento
• Reales
• REFRIGERANTES
• Selección
• Propiedades
• PROCEDIMIENTOS EN SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN
• Cascadas
• Regeneración (economizadores)
• Licuefacción de gases
• SISTEMAS DE REFRIGERACISISTEMAS DE REFRIGERACIÓÓNN
• CICLOS DE REFRIGERACIÓN DE GAS
• CICLOS DE ABSORCIÓN
17
TermodinTermodináámica Aplicada 06/07mica Aplicada 06/07 Tema 11. RefrigeraciTema 11. Refrigeracióónn
Sistemas de refrigeración
• Aplicaciones que requieren refrigeración a más de una T
• Disposiciones muy complejas, buscando la eficacia
• Unos pocos elementos básicos
TermodinTermodináámica Aplicada 06/07mica Aplicada 06/07 Tema 11. RefrigeraciTema 11. Refrigeracióónn
Sistemas de refrigeración: EJEMPLO
UNIDAD REFIGERADOR-CONGELADOR CON UN COMPRESOR
• Enviar todas las corrientes de salida de los evaporadores a un solo compresor
• El compresor realiza el trabajo de compresión
• Válvula de expansión a P más alta (T más alta) ESPACIO REFRIGERADO
• Válvula de expansión hasta Pmínima CONGELADOR
18
TermodinTermodináámica Aplicada 06/07mica Aplicada 06/07 Tema 11. RefrigeraciTema 11. Refrigeracióónn
TEMA 11: REFRIGERACIÓN
• INTRODUCCIÓN: REFRIGERACIÓN EN LA INDUSTRIA
• CICLOS DE COMPRESIÓN DE VAPOR
• Ideales
• Prácticos. Cálculo. Coeficientes de aprovechamiento
• Reales
• REFRIGERANTES
• Selección
• PROCEDIMIENTOS EN SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN
• Cascadas
• Regeneración (economizadores)
• Licuefacción de gases
• SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN
• CICLOS DE REFRIGERACICICLOS DE REFRIGERACIÓÓN DE GASN DE GAS
• CICLOS DE ABSORCIÓN
TermodinTermodináámica Aplicada 06/07mica Aplicada 06/07 Tema 11. RefrigeraciTema 11. Refrigeracióónn
Ciclos de refrigeración de gas
• Ciclo de BRAYTON INVERTIDO
1-2: Compresión isoentrópica
2-3: Enfriamiento a P = cte
3-4: Expansión isoentrópica
4-1: Calentamiento a P = cte
CICLOS DE REFRIGERACIÓN DE GAS
19
TermodinTermodináámica Aplicada 06/07mica Aplicada 06/07 Tema 11. RefrigeraciTema 11. Refrigeracióónn
Ciclos de refrigeración de gas
• Incluyen componentes simples más ligeros (aviones)
• Pueden incorporar regeneración (licuefacción de gases)
CarnotCompresióninvBrayton
salturbecomp
L
eneto
LinvBrayton
COPCOPCOP
wwq
wqCOP
<<
−==
,
,,,,
CICLOS DE REFRIGERACIÓN DE GAS CON REGENERACIÓN
TermodinTermodináámica Aplicada 06/07mica Aplicada 06/07 Tema 11. RefrigeraciTema 11. Refrigeracióónn
TEMA 11: REFRIGERACIÓN
• INTRODUCCIÓN: REFRIGERACIÓN EN LA INDUSTRIA
• CICLOS DE COMPRESIÓN DE VAPOR
• Ideales
• Prácticos. Cálculo. Coeficientes de aprovechamiento
• Reales
• REFRIGERANTES
• Selección
• PROCEDIMIENTOS EN SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN
• Cascadas
• Regeneración (economizadores)
• Licuefacción de gases
• SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN
• CICLOS DE REFRIGERACIÓN DE GAS
• CICLOS DE ABSORCICICLOS DE ABSORCIÓÓNN
20
TermodinTermodináámica Aplicada 06/07mica Aplicada 06/07 Tema 11. RefrigeraciTema 11. Refrigeracióónn
Sistemas de refrigeración por absorción
• Forma de refrigeración económica cuando existe una fuente de energía térmica barata (100 a 200ºC) “aprovechamos calor de baja T para producir frío”
• Energía geotérmica
• Energía solar
• Calor desecho de cogeneración o planta de vapor de proceso
• Implica absorción de un refrigerante por un medio de transporte
• NH3 (ref)-Agua
• Agua (ref)-bromuro de Li; Agua (ref)-cloruro de Li
• Similar al ciclo de compresión de vapor COMPRESOR: Absorbedor + Bomba + Regenerador + Generador vapor + Rectificador y una válvula
• VENTAJAS
• Se comprime un líquido en vez de un vapor (wflujo ↓ suele ser despreciable)
• Trigeneración: calor; frío; energía eléctrica
• INCONVENIENTES
• Costosos, complejos, ocupan espacio
• Menos eficientes
• Requieren torres de enfriamiento más grandes para liberar qresidual
TermodinTermodináámica Aplicada 06/07mica Aplicada 06/07 Tema 11. RefrigeraciTema 11. Refrigeracióónn
Sistemas de refrigeración por absorción
Alta P
Baja P
Absorción + Reacción
Reacción exotérmica
Retirar q para disolver la mayor cantidad NH3 posible
Ds. Concentrada
NH3
Ds. Diluida
NH3
CICLO DE REFRIGERACIÓN POR ABSORCIÓN DE AMONIACO
21
TermodinTermodináámica Aplicada 06/07mica Aplicada 06/07 Tema 11. RefrigeraciTema 11. Refrigeracióónn
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
1. Comprender la importancia y las aplicaciones de la refrigeración en la Industria Química
2. Entender el funcionamiento básico de los ciclos de compresión de vaporideales basados en el ciclo de Carnot invertido: aspectos imprácticos, ciclos prácticos de compresión, ciclos reales, representación T-S y P-H y calculo COP
3. Conocer los refrigerantes más empleados, los criterios de selección y las propiedades más importantes
4. Comprender el funcionamiento de los procedimientos más empleados en sistemas de refrigeración: cascadas de refrigeración, utilización de economizadores (regeneración) y licuefacción de gases
5. Entender el funcionamiento básico de los ciclos de compresión de gas (ciclo de Brayton invertido):representación T-S y P-H y cálculo del COP
6. Conocer los fundamentos de los sistemas de refrigeración por absorción y las principales ventajas e inconvenientes frente a los ciclos de compresión de vapor convencionales
Termodinámica Aplicada
Ingeniería Química
TEMA 11. REFRIGERACIÓN