Refrigeración y Aire Acondicionado Proyecto de investigación:
Refrigeración por absorción aplicada a la conservación de producto en un barco pesquero.
Junio del 2011
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Introducción. En esta investigación se implementa el sistema de refrigeración por absorción a un barco pesquero. Se menciona el modo de colocación de los componentes, y la forma en la que trabajaran de acuerdo a las condiciones que ahí se dan. Al final se hacen observaciones y se mencionan algunas ventajas y desventajas que la investigación arrojó, y se da una conclusión en general del trabajo y de los resultados obtenidos.
Justificación.
La razón de haber iniciado esta investigación sobre sistemas de refrigeración ha sido consecuencia de involucrarse en aquellos temas que, ligados tanto a la mejora de la eficiencia energética como a la utilización de fuentes alternativas y renovables, tengan una utilidad general pero que además repercutan directamente en las actividades socio-económico-industriales. En este sentido, el sector del frío es una actividad económica muy importante, siendo de destacar su importancia en el transporte, tanto terrestre como marítimo. El estudio detallado de las características y particularidades que se dan en los barcos de pesca revela que en ellos se requiere la producción de frío para la conservación y/o congelación del pescado, y que además, existe gran cantidad de calor residual que, generado en los motores, se disipa a la atmósfera con los gases de escape, o al mar con el agua de refrigeración del motor. Además, la temperatura de los gases de escape de los motores diesel es elevada, entre 300ºC y 500ºC. De aquí que los barcos de pesca reúnan las condiciones idóneas para la utilización de sistemas de refrigeración por absorción, ya que se dispone de calor residual a un nivel superior al requerido para su accionamiento (de 80ºC a 150ºC). Además, también es de destacar que en los barcos se dispone del agua del mar como medio de enfriamiento del condensador y del absorvedor del sistema de [Escribir texto]
absorción, lo cual, debido a su habitual baja temperatura, permitiría obtener altos rendimientos del sistema.
Desarrollo.
Refrigeración. La refrigeración es el proceso de producir frío, en realidad extraer calor. Para producir frío lo que se hace es transportar calor de un lugar a otro. Así, el lugar al que se le sustrae calor se enfría. Al igual que se puede aprovechar diferencias de temperatura para producir calor, para crear diferencias de calor, se requiere energía. Se consigue producir frío artificial mediante diferentes métodos de refrigeración, siendo el de compresión de vapor el más común, pero en esta ocasión optaremos por utilizar un método no convencional, el de absorción.
Refrigeración por absorción.
Las primeras aplicaciones industriales de los principios termodinámicos de la absorción de un vapor por un líquido, con el fin de conseguir la refrigeración de otro líquido, datan de los primeros años 30. La comercialización a mayor escala de plantas frigoríficas de absorción con ciclo Amoniaco-Agua comienzan en los 40 y la puesta en el mercado de las Primeras plantas con ciclo agua-Bromuro de Litio tiene lugar a principio de los 50. Los ciclos de absorción se basan físicamente en la capacidad que tienen algunas sustancias, tales como el agua y algunas sales como el Bromuro de Litio, para absorber, en fase líquida, vapores de otras sustancias tales como el Amoniaco y el agua, respectivamente. Un método alternativo de refrigeración es por absorción. Sin embargo este método por absorción solo se suele utilizar cuando hay una fuente de calor
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residual o barata, por lo que la producción de frío es mucho más económica y ecológica, aunque su rendimiento es bastante menor. En estos sistemas la energía suministrada es, en primer lugar, energía térmica. 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 desorbido 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. Más en detalle, el refrigerante se evapora en un intercambiador de calor, llamado evaporador, el cual enfría un fluido secundario, para acto seguido recuperar el vapor producido disolviendo una solución salina o incorporándolo a una masa líquida. El resto de componentes e intercambiadores de calor que configuran una planta frigorífica de absorción, se utilizan para transportar el vapor absorbido y regenerar el líquido correspondiente para que la evaporación se produzca de manera continua.
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Ciclo de refrigeración por absorción. 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 (NH3) y agua. Hasta hoy no se han encontrado otras mezclas apropiadas para estas aplicaciones, aunque se están desarrollando sistemas de absorción, en los que el refrigerante es absorbido en matrices sólidas de ceolitos.
El ciclo de absorción clásico consta de los siguientes elementos:
Generador: Es la parte del sistema en la cual una solución de amoniaco y agua recibe calor de una fuente de alta temperatura, con lo cual se evapora en primera instancia el amoniaco. El vapor producido se lleva al condensador.
Condensador: En esta parte del sistema se elimina calor por intercambio entre el calor latente de licuefacción del amoniaco a alta presión y temperatura que viene del generador, con el aire exterior o con agua fría. El amoniaco licuado se deposita en el fondo del recipiente.
Válvula de expansión: Permite que baje la presión del líquido y produce una mezcla de líquido y vapor a baja temperatura y presión.
Evaporador: en este dispositivo el amoniaco hierve absorbiendo calor de un espacio determinado.
Absorbedor: este dispositivo permite que la mezcla del vapor de amoniaco proveniente del evaporador con la solución débil de amoniaco – agua (al porcentaje de agua) para hacer que la concentración aumente liberando calor de la solución. Este calor debe liberarse al medio ambiente.
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Bomba: se usa para elevar la presión de la solución fuerte y llevarla nuevamente al generador.
En el siguiente esquema se muestra la colocación de cada uno de los componentes del sistema de refrigeración por absorción:
Esquema del sistema de absorción amoniaco-agua.
Implementación del sistema de acuerdo a las condiciones de un barco pesquero. Para adecuar el sistema de absorción a la refrigeración de un barco, se deben hacer algunos cambios con respecto a la colocación de los componentes y a los medios de los que se extraerá y se adicionara energía al sistema. En cuanto al medio que nos proporcionara calor, se emplea la energía de los gases de escape del motor que impulsa la embarcación, que ya no se utilizan y que se pueden aprovechar en vez de quemar más combustible. Será necesario recordar que las temperaturas que alcanzan los gases de escape de estos
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motores oscilan entre los 300 y 500°C, y que la necesaria para hacer funcionar un sistema de absorción se da de 80 a 150°C. Para enfriar y cambiar de fase el vapor de amoniaco en el condensador, se usa agua obtenida del mar, que varía entre -2ºC (Aguas polares) y 42ºC (máximos
valores registrados en aguas costeras someras; con la cual se pude hacer circular por este intercambiador y así se optimizar su funcionamiento [5]. Este método es muy utilizado también para el enfriamiento del motor. Se hace colocando una toma de agua desde el casco del barco, continuando con una tubería que hace pasar el agua por el intercambiador y posteriormente la arroja de nuevo al mar; de esta manera siempre se tendrá agua fresca en la circulación hacia el intercambiador.
Observaciones. Ventajas y desventajas de la refrigeración por absorción en un barco: Ventajas: Ahorro de combustible, ya que causaría el ahorro del combustible necesario para el accionamiento del sistema de compresión correspondiente. El aprovechamiento de una energía de alto grado contenida en los gases de escape y que actualmente se pierde disipándola directamente a la atmósfera. La utilización de fluidos naturales como el amoniaco y el agua que no causan ningún tipo de efecto nocivo sobre el medio ambiente. La utilización de un sistema más fiable que los actuales sistemas de compresión, debido a que los sistemas de absorción utilizan menos partes móviles, que son la fuente de la mayor parte de averías, siendo esta última ventaja especialmente importante a bordo de un barco, debido a la ausencia de personal especializado y a la dificultad de las reparaciones en caso de avería.
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Una gran ventaja de estos sistemas de refrigeración es que no se necesita la energía eléctrica, lo cual es muy factible para su uso en lugares donde la energía eléctrica no existe, como suele ser en embarcaciones marinas. Aplicaciones de temperaturas muy bajas, hasta -60ºC.[4]
Desventajas: Presión muy alta del refrigerante (tuberías más gruesas). Volatilidad del solvente (es necesaria una rectificación). Toxicidad del amoniaco.
Conclusiones. Con el desarrollo de esta investigación se da una idea de la gran utilización que se puede dar al sistema de refrigeración por absorción. Con el aprovechamiento del calor de los gases de escape, se evita el consumo excesivo de combustibles fósiles, lo que conlleva a disminuir las emisiones de gases contaminantes a la atmosfera. En cuanto al aprovechar el agua del mar y sus características (buena temperatura y abundancia) se refiere, se tiene una simplificación en el sistema, ya que no requiere el uso de una torre de enfriamiento o de un ventilador en su defecto. Y hablando de costos, obviamente tendremos una reducción en ellos, reduciendo el consumo de combustible y reduciendo el costo de mantenimiento provocado por el compresor que aquí no se utiliza, y que es el causante principal de fallas en el sistema de refrigeración por compresión de vapor.
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Bibliografía:
[1] http://www.cientificosaficionados.com [2] http://www.buenastareas.com [3] http://www.google.com.mx/imgres [4] http://red.guiadelfrio.com [5] http://greenfield.fortunecity.com
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