-
INSTALATII FRIGORIFICE II CURS 8 Ptr .data 14 aprilie 2020
7.2. INSTALATII FRIGORIFICE CU ABSORBTIE SIMPLA INTR-O
TREAPTA,CU
SOLUTIE HIDROAMONIACALA(FARA RECTIFICARE)
Instalaţiile frigorifice prin absorbţie cu soluţie
hidroamoniacală prezintă o serie de avantaje faţă de cele cu
comprimare mecanică de vapori: - automatizarea completă şi simplă
pentru reglarea consumului de energie termică în funcţie de puterea
frigorifică; - pot valorifica sursele termice de potenţial scăzut
(deşeurile termice, apele geotermale) şi, de asemenea, pot folosi
energie solară; - lipsa uleiului de ungere în instalaţie conduce la
o îmbunătăţire a schimbului de căldură în aparate; - pericolul de
explozii şi intoxicaţie redus, deoarece instalaţiile sunt montate
în aer liber; - obţinerea concomitentă a frigului şi a apei calde;
- supraveghere simplă, cu minim de personal de exploatare. Dintre
dezavantajele instalaţiilor frigorifice prin absorbţie cu soluţie
hidroamoniacală se pot reţine: - consum ridicat de metal şi
căldură; - inerţie termică mare şi, deci, adaptare greoaie la
variaţiile sarcinii termice exterioare; - amoniacul fiind toxic,
aceste instalaţii nu pot fi utilizate pentru condiţionarea aerului.
În general, aceste instalaţii se folosesc în cazul puterilor
frigorifice mari. Se pot cupla cu instalaţii cu comprimare
mecanică, fiind utilizate îndeosebi în perioada de vară, când
aburul este disponibil, iar iarna se folosesc pentru acoperirea
vârfurilor de consum.
-
Instalatia simpla intr-o treapta se utilizează la temperaturi de
vaporizare t0 =-5...-300C. In cazul utilizării soluţiei
hidroamoniacale agentul frigorific este amoniacul, iar apa este
absorbantul. Concentraţia se raportează la agentul frigorific şi se
poate exprima cu relaţia:
OHNH
NHNH GG
G
2
3
33 +
=ξ
Descrierea instalației și a proceselor frigorifice În
absorbitorul A (v.fig.7.2.1) se realizează absorbţia vaporilor reci
de stare 8 de către soluţia săracă de stare 3 şi rezultă soluţia
bogată de stare 4. Presiunea din absorbitor pA se consideră egală
cu presiunea de vaporizare p0. Această soluţie este preluată de
pompa de circulație P şi
refulată în generatorul sau fierbătorul G la starea −
4 . Considerând că procesul de pompare se desfăşoară fără
creşterea entalpiei (i=ct.) în
diagrama i-ξ-p cele două stări coincid (v.fig.4.6). Soluţia de
stare −
4 se preîncălzeşte în generatorul G până la temperatura de
saturaţie corespunzătoare presiunii KG pp = şi apoi începe să
fiarbă. Primii vapori ce se degajă sunt vaporii de stare 1" în
echilibru cu 1, iar pe măsură ce soluţia vaporizează, ea devine
săracă în amoniac. Starea soluţiei lichide variază după izobara
1-2, iar a vaporilor după izobara 1"-2". În generator se degajă în
primul rând vaporii de amoniac, deoarece amoniacul are temperatura
de vaporizare mult mai scăzută decât apa la aceeaşi presiune. Se
consideră că starea vaporilor ce pleacă de la generator este o
stare medie 5". Soluţia rămasă în generatorul G cu starea 2 este o
soluţie săracă în amoniac, cu concentraţia ξs.
Această soluţie părăseşte fierbătorul şi se laminează în
ventilul de laminare VR2, soluţia având starea ξs. Ventilul de
laminare VR2 dar și VR1 realizează și reglarea debitelor de soluție
săracă, respectiv debitul de agent frigorific, și poartă denumirea
de ventile de reglare. Procesul de laminare realizându-se la
entalpie constantă, stările 2 şi 3 sunt identice în diagrama i-ξ-p.
Soluţia de starea 3 intră în absorbitor unde absoarbe vaporii de
stare 3" şi vaporii reci de stare 8. Deci, în procesul de absorbţie
aproape izoterm este necesară eliminarea căldurii de absorbţie,
ceea ce se realizează prin circuitul de apă de răcire. Vaporii de
stare 5" intră în condensatorul K unde condensează de la 5" la 6.
Starea 6 se află la intersecţia dreptei ξ" cu izobară pK. Lichidul
se laminează în VR1 până la starea 7, formată din amestecul de
vapori de stare 7" cu lichidul de stare 7'. Starea 7 este
caracterizată de presiunea p0 şi temperatura de vaporizare minimă
t0 min. Soluţia de stare
-
7 vaporizează până la starea 8. Procesul de vaporizare este
izobar dar nu şi izoterm, temperatura finală a vaporilor fiind t0
max > t0 min. Starea 8 se găseşte la intersecţia izotermei t0
max cu dreapta de conentraţie ξ". Vaporii de stare 8 intră în
absorbitor unde sunt absorbiţi de soluţia săracă, obţinându-se
starea 4. Procesul de absorbţie teoretic se consideră a se
desfăşura pe porţiunea 3' - 4.
Schema instalaţiei frigorifice cu absorbție simplă într-o
treaptă, este prezentată în figura 7.2.1, iar ciclul termodinamic
teoretic în diagramele i-ξ-p și p-T-ξ în figurile 7.2.2, respectiv
7.2.3
Fig.7.2.1 Schema instalației frigorifice cu absorbție simplă
într-o treaptă
V – vaporizator K – condensator G – generator A – absorbitor
VR1, VR2 – ventile de laminare (reglare)
-
Fig.7.2.2 Ciclul termodinamic teoretic în diagrama i-ξ-p
Fig.7.2.3 Ciclul termodinamic teoretic în diagrama p-T-ξ
În diagrame sunt prezentate punctele caracteristice şi procesele
frigorifice:
1-2 vaporizarea soluției în generator; 3-9 subrăcirea soluției
în absorbitor; 9-4 absorbția vaporilor de amoniac în soluție în
absorbitor;
4-−
4 pomparea soluției bogate (i=ct); −
4 -1 preîncălzirea soluţiei în generator până la starea de
saturație; 5’’-6 condensarea vaporilor în condensator; 6-7
laminarea lichidului după condensator; 7-8 vaporizarea lichidului
în vaporizator.
-
Calculul termic al ciclului teoretic
Datele de calcul:
• Puterea frigorifică a instalaţiei 0.Q [kW];
• Temperaturile agentului răcit, 2s1s t/t [oC];
• Temperaturile agentului de răcire, 2w1w t/t [oC];
• Temperaturile agentului de încălzire, 21 / aiai tt [oC].
Se definesc:
• debitul de agent frigorific 0.m ;
• debitul de soluție bogată Fm.
;
• debitul de soluție săracă )( 0..mmF − ;
• coeficientul de circulație a soluției bogate definit de
relaţia:
0
.
.
m
mf f=
Determinarea parametrilor în punctele caracteristice
ciclului
frigorific: • Temperatura maximă de vaporizare:
][02max0 Cttto
s Δ−= • Temperatura minimă de vaporizare:
][max0min0 Cttto
VΔ−=
Ct oV 10...6=Δ • Temperatura de condensare:
][2 Cttto
KwK Δ+= • Presiunile de vaporizare și condensare:
( )max00 tfp = ( )KK tfp = Se consideră că KF pp = și 0ppA = .
Temperatura t2 la ieşirea din generator şi temperatura t4 la
ieşirea
din absorbitor sunt determinate din variaţia temperaturilor în
cele două aparate şi impunând anumite diferenţe minime între
agenţi, pe considerente tehnico-economice: Ctt oAF 5...3=Δ=Δ .
Concentrațiile soluției bogate și sărace se determină din
diagrama i-ξ-p:
-
( )2,tpf Fs =ζ ( )4,tpf Ab =ζ
Deoarece funcţionarea continuă a compresorului termochimic
(generator-absorbitor) implică şi o degazare de cel puţin 5%, se
verifică îndeplinirea condiţiei: %5>−=Δ sb ζζζ
Determinarea coeficientului de circulaţie al soluţiei bogate se
realizează prin bilanţ masic pe G .
Determinarea puterilor termice specifice prin intermediul
bilanţurilor pe aparate sunt prezentate sintetic tabelar.
Debitul masic de agent frigorific se determină cu relația:
]/[0
00
.skg
qQ
m =
Determinarea puterilor termice globale pe aparate Multiplicând
puterile termice specifice pe aparate cu debitul masic
de agent frigorific se obțin puterile termice globale pe
aparate: • Puterea termică pe condensator:
][0.
kWqmQ KK ⋅= • Puterea termică pe absorbitor:
][0.
kWqmQ AA ⋅= • Puterea termică pe generator:
][0.
kWqmQ GG ⋅= Bilanțul energetic global pe instalație:
][0 kWQQQQ KAG +=+ Coeficientul de performanță (eficiența
frigorifică):
G
f QQ
COP 0)( =ε