Refrigeracion por absorcion.

Funcionamiento de una maquina de refrigeracion por absorcion.

Desde hace más de veinte años, las máquinas comercializadas de más rendimiento (japonesas o construidas bajo licencia en los Estados Unidos) son o bien las de tipo amoníaco / agua, o "de efecto simple", o bien máquinas agua / bromuro de litio, o "de doble efecto". El efecto doble permite hacer pasar el coeficiente de realización (COP: Coeficiente de Rendimiento; coeficiente entre la energía frigorífica producida y el gasto calorífico necesario en el destilador), de una media de 0,6 a más de 1 en las condiciones nominales de funcionamiento (COP frigorífico medido sobre el PCS del gas natural). Este mejoramiento de los rendimientos está vinculado a la puesta en ejecución del paso de regeneración y de un intercambiador térmico suplementario. El doble efecto permite por otra parte, alternar el modo de calentamiento con el modo frío o simultanearlos.  Por último , señalemos la aparición de máquinas de "efecto triple", experimentadas en los Estados Unidos en varios prototipos industriales, de los que el COP alcanza 1,2 - 1,3 en condiciones nominales de funcionamiento

1.Máquina de ciclo de efecto simple amoníaco/agua
El efecto simple representa la base técnica de las máquinas a absorción y ayuda a comprender el funcionamiento del ciclo efecto doble (descrito más abajo). El esquema de principio del efecto simple es representado en la figura de más abajo. En el generador 1. La solución amoníaco / agua es llevado a ebullición, gracias a una aportación calorífica asegurada por un quemador que funciona a gas natural. El fluido refrigerante (amoníaco) se vaporiza y se separa del agua bajo una presión próxima a 20 bares . Es enviado hacia el condensador 2. En este, el amoníaco se condensa por enfriamiento gracias al aire exterior.

El amoníaco líquido luego se dirige hacia el evaporador 3, donde se detiene. La presión del amoníaco en el seno de este evaporador está próxima a los 4 bares. A causa de la variación de presión, el amoníaco se vaporiza absorbiendo las calorías del circuito de utilización (temperatura en el evaporador está próxima a los + 3 ° C).

Estos vapores de amoníaco pasan luego por el aparato de absorción 4, y son absorbidos por el agua proveniente de la separación amoniaco agua que se produjo en el generador


Esquema del principio de una máquina de absorción de efecto simple: Amoniaco/agua
2.Máquina de ciclo de doble efecto agua/bromuro de litio
La máquina de doble efecto agua / bromuro de litio permite un funcionamiento en modo frío o en modo calor (como la máquina efecto simple pero con prestaciones muy superiores). La técnica es la misma la pareja fluido refrigerante / absorbente es lo que difiere. En el caso de estas máquinas, el fluido refrigerante es agua que cambiará de estado en el ciclo termodinámico. El absorbente es el bromuro de litio que es una sal muy ávida de agua y que absorberá el vapor de agua después de su paso en el evaporador.
Los elementos constitutivos de una máquina de doble efecto son los mismos que las de una máquina de efecto simple con el añadido de un generador de baja temperatura. 1.
Si el evaporador 3, el sistema absorbente 4 y el condensador 2 desempeñan los mismos papeles y reciben los mismos fluidos que en el caso del efecto simple, la concentración de la solución (Es decir la producción de refrigerante y la regeneración del absorbente) se efectúa en dos etapas distintas (hablamos desde el punto de vista de termodinámica de dos efectos distintos).La primera etapa es idéntica de hecho a la del efecto simple; la solución diluida (o solución rica) se "preconcentra" en el generador a alta temperatura 1, a llama directa (quemador de gas natural 6). La segunda etapa consiste en una concentración final en el generador a temperatura baja de esta solución "intermedia" por el vapor del refrigerante obtenido en elel generador alta temperatura 1. La solución concentrada resultante posteriormente es enviada al sistema de absorción 4; y el vapor total del refrigerante (salidas sucesivamente de los generadores de baja temperatura y de alta temperatura) es dirigido hacia el condensador 2
Una recuperación de calor de baja temperatura (37 - 39 °C) sobre el condensador en modo frío es factible sobre toda máquina a absorción que funciona en frío durante el período invernal, con el fin, por ejemplo, de precalentar agua sanitaria, de asegurar el calentamiento de una fachada norte a mitad de temporada o de alimentar una red de suelo radiante.
Algunos constructores añaden a sus máquinas intercambiadores complementarios para permitir una producción de agua caliente a alta temperatura (85 °C máximo) simultánea con la producción de agua helada.

Estos intercambiadores permiten, por una parte, trabajar con parejas de temperaturas salida / retorno comparables a los modos clásicos de calentamiento (Incremento de T de 20°C con una temperatura de salida de 80 °C). Permiten, por otra parte, evitar la utilización del condensador y del evaporador cuando solo se utiliza en modo calor, transformando así el grupo a absorción en una caldera simple.

La producción simultánea de calor para el calentamiento (80 / 60°C) y de frío para el enfriamiento (7/12 °C), adaptada a cada momento a las necesidades, es pues realizable fácilmente.

Operation of an absorption refrigeration machine.

For over twenty years, sold more machines performance (Japanese or built under license in the U.S.) are either the type ammonia / water, or "single-action" machines or water / lithium bromide or "double effect". The double effect allows passing the coefficient of performance (COP: Coefficient of Performance; ratio of the cooling energy produced and the caloric expenditure required in the still), from an average of 0.6 to more than 1 in nominal operating conditions (refrigerator COP measured on the HHV of natural gas). This improvement in yields is linked to the start execution of step of regeneration and additional heat exchanger. The double effect allows the other hand, alternate heating mode or cooling mode simultanearlos. Finally, we note the appearance of machines "triple effect" experienced in the United States in several industrial prototypes, of which the COP reaches 1.2 to 1.3 at rated operating conditions


1.Máquina single acting cycle ammonia / water
The simple effect is the technical basis of absorption machines and helps to understand the operation of double effect cycle (described below). The block diagram of the simple effect is represented in the figure below. In the generator 1. Ammonia solution / water is heated to boiling by a heat input burner ensured by a gas works. The cooling fluid (ammonia) is vaporized and separated from the water under a pressure close to 20 bars. Is sent to the condenser 2. In this, the ammonia is condensed by cooling through the outside air.
The liquid ammonia is then directed into the evaporator 3, where it stops. The ammonia pressure within the evaporator is close to 4 bar. Because of the pressure variation, the ammonia is vaporized by absorbing calories from the utilization circuit (evaporator temperature is close to the + 3 ° C).
These vapors then pass through the ammonia absorption apparatus 4, and are absorbed by the water from the ammonia water separation occurred in the generator

Schematic diagram of an absorption machine simple effect: Ammonia / water
2.Máquina double effect cycle water / lithium bromide
The double engine water / lithium bromide allows operation in cooling mode or heating mode (as the machine simple effect but with much higher performance). The technique is the same couple refrigerant / absorbent is what differs. In the case of these machines, the coolant is water which will change state in the thermodynamic cycle. The absorbent is lithium bromide is a highly avid salt water and absorb water vapor after passing through the evaporator.The constituent elements of a double acting machine are the same as those of a single-effect machine with the addition of a low temperature generator. 1.If the evaporator 3, the absorbent system 4 and the condenser 2 play the same roles and receive the same fluid as in the case of the simple effect, the concentration of the solution (ie the production of refrigerant and absorbent regeneration) is effected in two distinct stages (talk from the point of view of thermodynamics of two distinct effects). The first stage is in fact identical to that of the simple effect, the diluted solution (or rich solution) are "pre-concentrated" in the high temperature generator 1, a direct flame (natural gas burner 6). The second stage consists in a final concentration in the low temperature generator of this solution "intermediate" by the refrigerant vapor obtained in a high temperature generator Elel. The resulting concentrated solution is then sent to the absorption system 4, and the total vapor of the refrigerant (successively outputs of the generators of low temperature and high temperature) is directed towards the condenser 2
A heat recovery from low temperature (37 - 39 ° C) on the condenser in cooling mode is possible on any machine that works in cold absorption during the winter period, in order, for example, to preheat domestic hot water, to ensure heating a northern front in mid-season or feeding a network of underfloor heating.Some manufacturers add to their machines to allow an additional exchangers producing hot water at high temperature (85 ° C maximum) simultaneously with the production of ice water.
These exchangers allow, on one hand, working with pairs of exit temperatures / return comparable to traditional ways of heating (T Increment 20 ° C with an outlet temperature of 80 ° C). Allow, moreover, avoid the use of the condenser and the evaporator when only used in heating mode, thus transforming the group to absorption in a single boiler.
The simultaneous production of heat for heating (80/60 ° C) and cold for cooling (7/12 ° C), each time adapted to the needs, then, is easily achievable.