Cálculo de una instalación frigorífica por absorción Cálculo de una instalación frigorífica por absorción NH NH 3 –H 2 O para la producción de hielo para la producción de hielo Curso Pre-Congreso ISES-ANES Universidad del Caribe 31 de octubre al 2 de noviembre de 2013 Cancún, Quintana Roo, México IER para la producción de hielo para la producción de hielo Isaac Isaac Pilatowsky Pilatowsky Figueroa Figueroa Roberto Roberto Best Best y Brown y Brown [email protected][email protected], [email protected], [email protected]Coordinación de Refrigeración y Bombas de Calor, Departamento de Sistemas Coordinación de Refrigeración y Bombas de Calor, Departamento de Sistemas Energéticos, Instituto de Energías Renovables, Universidad Nacional Autónoma de Energéticos, Instituto de Energías Renovables, Universidad Nacional Autónoma de México México
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Cálculo de una instalación frigorífica por absorción Cálculo de una instalación frigorífica por absorción NHNH33 –– HH22OO
para la producción de hielopara la producción de hielo
Curso Pre-Congreso ISES-ANES
Universidad del Caribe31 de octubre al 2 de noviembre de 2013
Cancún, Quintana Roo, México
IER
33 22
para la producción de hielopara la producción de hielo
Isaac Isaac PilatowskyPilatowsky FigueroaFigueroaRoberto Roberto BestBest y Browny Brown
Coordinación de Refrigeración y Bombas de Calor, Departamento de Sistemas Coordinación de Refrigeración y Bombas de Calor, Departamento de Sistemas Energéticos, Instituto de Energías Renovables, Universidad Nacional Autónoma de Energéticos, Instituto de Energías Renovables, Universidad Nacional Autónoma de
MéxicoMéxico
Sesión IVSesión IV
Cálculo de una instalación Cálculo de una instalación Cálculo de una instalación Cálculo de una instalación frigorífica por absorción frigorífica por absorción
Amoniaco Amoniaco -- AguaAgua
Requerimientos de enfriamientoRequerimientos de enfriamiento
��Climatización de espaciosClimatización de espacios
�� Refrigeración y conservación de perecederosRefrigeración y conservación de perecederos
�� Refrigeración en procesos industrialesRefrigeración en procesos industriales�� Refrigeración en procesos industrialesRefrigeración en procesos industriales
�� Producción de hieloProducción de hielo
�� CongelaciónCongelación
Cálculo de la potencia de enfriamiento Cálculo de la potencia de enfriamiento para producción de hielopara producción de hielo
Datos de entradaDatos de entrada
�� Masa del hielo a formar: MMasa del hielo a formar: MHH
�� Temperatura de diseño (por debajo de 0ºC), Temperatura de diseño (por debajo de 0ºC), �� Temperatura de diseño (por debajo de 0ºC), Temperatura de diseño (por debajo de 0ºC),
basada en la caída de temperatura debida al basada en la caída de temperatura debida al
intercambio térmico: Tintercambio térmico: TDEDE
�� Temperatura inicial del agua TTemperatura inicial del agua TIAIA
�� Capacidad de producción, MCapacidad de producción, MHH/unidad de tiempo/unidad de tiempo
Cálculo de la potencia de enfriamiento Cálculo de la potencia de enfriamiento para producción de hielopara producción de hielo
A) Enfriamiento sensible (qA) Enfriamiento sensible (qsisi ) de la temperatura inicial del ) de la temperatura inicial del
agua Tagua TIAIA a la temperatura de congelación Ta la temperatura de congelación TC C (0ºC).(0ºC).
)( TTCmq −= )( CIApais TTCmq −=
B) Calor latente de solidificación qS en donde λ es el calor de
solidificación del agua a 0 ºC.
λaS mq =
Cálculo de la potencia de enfriamiento para Cálculo de la potencia de enfriamiento para producción de hieloproducción de hielo
d) Enfriamiento sensible de la Td) Enfriamiento sensible de la TCC a la temperatura de a la temperatura de
diseño de enfriamiento Tdiseño de enfriamiento TDEDE..
)( DECaSE TTCpmq −= )( DECaSE TTCpmq −=
e) Potencia total qT
sessiT qqqq ++=
Cantidad de amoniaco necesaria para la Cantidad de amoniaco necesaria para la producción de hieloproducción de hielo
�� Capacidad de enfriamientoCapacidad de enfriamiento
Ciclo de refrigeración por absorción continuo a una etapa con Ciclo de refrigeración por absorción continuo a una etapa con intercambiadores de calorintercambiadores de calor
QG Generador
TG
QCCondensadoror
TC
1
TR
Rectificador
QR
15 14
Subenfriador QSC
2
7
5’
13
11 10
TG
QIPrecalentador
912
8QA Absorbedor
TA
QEEvaporador
TE
6
45
3
GENERADOR
1514
GENERADOR
11141510 mmmm +=+
11141415151010 11XmXmXmXm +=+
(rectificador)
1011
11141415151010 11
1515101011111414 hmhmhmhmQG&&&& −−+=
(intercambiador de calor)
RECTIFICADOR
15 14
1
RECTIFICADOR
(generador)
(condensador)
& & &m m m14 1 15= +
& & &m X m X m X14 14 1 1 15 15= +
1515111414 hmhmhmQR&&& −−=
(generador)
CONDENSADOR
1
2
(rectificador)
CONDENSADOR
& &m m1 2=
& &m X m X1 1 2 2=
2211 hmhmQC&& −=
(válvula de expansión)
25’
2'55
'55
−−
−=
hh
hhILVη
efectividad
INTERCAMBIADOR DE CALOR LÍQUIDO-VAPOR
(absorbedor) (condensador)
5 3
'5'5335522 hmhmhmhm &&&& +=+
( ) ( )5'5532 hhmhhmQ rILV −=−= &&
(absorbedor)
hh =
3
VÁLVULA DE EXPANSIÓN
(condensador)
43 hh =
4
(evaporador)
45
& & &m m m4 5 6= +
& & &m X m X m X4 4 5 5 6 6= +
EVAPORADOR
(Válvula de expansión)
(intercambiador
de calor,
líquido-vapor)
EVAPORADOR
6
446655 hmhmhmQ E&&& −+=
(absorbedor)
ABSORBEDOR
13 8
(evaporador)
(intercambiador líquido-
líquido/válvula de expansión)( bomba/intercambiador líquido-líquido)
ABSORBEDOR
7
& & &m m m8 7 13= +
& & &m X m X m X8 8 7 7 13 13= +
88131377 hmhmhmQ A&&& −+=
(intercambiador
de calor,
líquido-líquido)
12
VÁLVULA DE EXPANSIÓN
1312 mm && =
XX =
13
(Absorbedor)
1312 XX =
1312 hh =
& &m m8 9=
XX =
(intercambiador
de calor,
líquido-líquido/
generador)
9
BOMBA
98 XX =
h h8 9=
(Absorbedor)
8
10 11
(generador)
& & &m m mS9 10= =
& & &m m mw11 12= =
& & & &m h m h m h m h9 9 11 11 10 10 12 12+ = +
( ) ( )−=−=
INTERCAMBIADOR LÍQUIDO-LÍQUIDO
( Bomba/absorbedor)
12 9
(válvula de expansión/
absorbedor)
( ) ( )9101211 hhmhhmQ SwILL −=−= &&
91211
1211
−−
−=
hh
hhILLη
Rendimiento térmicoRendimiento térmico
BG
QG , TG
BOMBA
FUENTE TÉRMICA
WP
G
G
T
QS −=∆
a
aa
T
QS =∆
E
E
T
QS −=∆
AE
FLUIDO DEL SISTEMA
AMBIENTE
ESPACIO A ENFRIAR
FUENTE TÉRMICA
QA , TA
QE , TE
Calor disipado al ambienteCa QQ +
Calor absorbido PEG WQQ ++
00 ≥+−−=≥∆+∆+∆=∆E
E
E
E
G
GEEG
T
Q
T
Q
T
QSSSS
( ) ( )P
E
EaE
G
aGG WT
TTQ
T
TTQ−
−≤
−
Si 0≅PW
( )( )EaG
aGE
G
E
TTT
TTT
Q
QCOP
−
−≤=
( )( )Ea
E
G
aG
TT
T
T
TTCOP
−•
−=max
Eficiencia termodinámicaEficiencia termodinámica
PG
E
WQ
QCOP
+=
hhQ −==
PRRPG
ERE
WhFhhFh
hh
WQ
QCOP
+−−−+
−=
+=
15101114
46
)()1(
RE
A
Rm
mF =
DC
DER
RXX
XXF
−
−=
Solvente en circulación
La cantidad específica del solvente circulando en relación a una
unidad de masa de vapor de refrigerante, en el caso de la cantidad
de solución concentrada, llevada por la bomba de la solución del
absorbedor al generador, está representada por la relación:
SDV XXf
−=
SDSC
SDV
XX
XXf
−
−=
La cantidad específica de la solución saliendo del generador por unidad de
refrigerante evaporado, , correspondiendo a la solución diluida regresando al
absorbedor a través de la válvula de expansión de la solución , está dada por:
SDSC
SCV
XX
XXf
−
−=−1
Diagrama entalpia-concentración para el sistema amoniaco-agua