Refrigeración y Aire Acondicionado

1. UNIVERSIDAD FERMÍN TORO
INGENIERÍA EN MANTENIMIENTO MECÁNICO
REFRIGERACIÓN Y AIRE ACONDICIONADO
PROCESO DE REFRIGERACION
POR ABSORCION
Estudiante:
Luis Cardozo
CI: 21.125.770
Cabudare, Noviembre de 2016
DESCRIPCIÓN DEL CICLO DE ABSORCIÓN

2. Los ciclos termodinámicos de enfriamiento, tanto el de compresión como el de
absorción, permiten sacar calor del espacio que quiere enfriarse y llevarlo a
otro lugar donde se disipa. Para hacerlo, ambos sistemas aprovechan la
necesidad de un fluido, utilizado como refrigerante, de obtener calor del entorno
para pasar del estado líquido al de vapor al ser introducido en un espacio a
más baja presión. Mientras que en el ciclo de compresión la diferencia de
presiones se obtiene con un compresor mecánico, en el de absorción se
consigue aportando calor a una mezcla del refrigerante y otra sustancia que se
caracteriza por tener una gran afinidad con aquel y absorberlo fácilmente. En el
generador donde se aporta el calor, el refrigerante se separa del absorbente
por ebullición y, por la presión generada, recorre el circuito de alta presión
donde se condensa (como en el ciclo de compresión) hasta evaporarse de
nuevo en la zona de baja presión, donde se asocia con el absorbente para
poder volver juntos y en estado líquido al generador.

3. El ciclo de absorción no es un descubrimiento reciente, ya que el primer
antecedente es el experimento realizado por el escocés William Cullen en el
año 1755, cuando consiguió obtener una pequeña cantidad de hielo en una
campana mantenida a una presión reducida. Pero, de hecho, fue el francés
Ferdinand Carré quien en 1890 construyó la primera máquina de absorción
para la fabricación de hielo. En la evolución del ciclo de absorción se han
experimentado diversas parejas de refrigerante/absorbente, pero
comercialmente hay únicamente dos: la formada por el agua como refrigerante
y bromuro de litio como absorbente, y la que utiliza el amoníaco como
refrigerante y agua como absorbente.
Cada una de estas dos técnicas tiene sus peculiaridades. Mientras la
utilización del agua como refrigerante limita la temperatura de evaporación por
encima de 0°C, permite, en cambio, una mayor eficiencia energética que la que
se consigue con el ciclo de amoníaco que, por su parte, presenta la ventaja de

4. poder bajar las temperaturas muy por debajo de 0°C y condensar a
temperaturas más altas.
AHORROS Y VENTAJAS AMBIENTALES
La utilización de equipos de refrigeración por ciclo de absorción permite
ahorrar, en primer lugar, la energía primaria que habría hecho falta para
producir la electricidad necesaria para hacer funcionar los equipos
convencionales que sustituyen. Cuando el calor utilizado por la máquina de
absorción es de origen gratuito o residual, el ahorro es absoluto, mientras que
en los casos de aplicación de llama directa este dependerá de la energía
primaria y las características de producción de la electricidad sustituida. Este
aspecto es particularmente importante, tanto económica como
estratégicamente, en países como el nuestro en que en la producción eléctrica
dependemos mayoritariamente de la importación de combustibles de origen
fósil. Además, esto también permite la reducción de las emisiones de CO2 a la
atmósfera y, por lo tanto, permite acercarnos al cumplimiento de los acuerdos
de Kyoto. En cuanto a los fluidos utilizados en los ciclos de absorción, son
totalmente inocuos para el medio ambiente, lo que afianza el carácter ecológico
de los equipos de absorción.
Refrigeración por absorción utilizando energía solar térmica

5. PRINCIPALES APLICACIONES
Los equipos de refrigeración por ciclo de absorción pueden ser usados
de manera tan amplia como cualquier otra planta refrigeradora de agua
convencional, y las aplicaciones para aire acondicionado son las más usuales.
Actualmente, se está intensificando el uso en instalaciones del sector terciario
que disponen de campos de captadores solares térmicos para producción de
agua caliente sanitaria y calefacción, y estas instalaciones, en verano, cuando
es mayor la disponibilidad de radiación solar, en lugar de disipar los sobrantes,
los aprovechan para obtener refrigeración gratuita. La otra utilización clásica de
estos equipos es en procesos industriales, sobre todo en los que también se
utiliza una fuente de calor residual como energía para hacer funcionar el
equipo.
Equipo de refrigeración por absorción con ciclo amoniaco/agua
En cuanto a las plantas basadas en el ciclo amoníaco/agua como
refrigerante/absorbente, pueden utilizarse, además, en aplicaciones a baja
temperatura, como en la cadena de preparación y conservación de alimentos,
procesos vinícolas, tratamiento de lácteos, preparaciones farmacéuticas, etc.
De hecho, el campo de aplicación es muy amplio, ya que se trata de una
técnica muy desarrollada, totalmente fiable y con reducidos costes de
mantenimiento, que está disponible en unidades de más de 4.000 kW de
refrigeración con utilización para agua caliente, y de más de 6.000 kW a llama

6. directa. La mayoría de los equipos disponibles en el mercado mundial se
ajustan también a las directivas europeas, de conformidad con la marca CE.
Sin embargo, se recomienda verificar esto antes de seleccionar la marca y
asegurarse de que dispone también de servicio de asistencia técnica en el
mismo país.
CICLO DE CALEFACCIÓN
Para conseguir calentar el agua con el fin de cubrir con el mismo aparato
las necesidades de calefacción, se procede a abrir la válvula de cambio de
ciclo y se interrumpe la circulación del agua de enfriamiento procedente de la
torre evaporativa. Debe también cambiarse el ciclo en el control electrónico del
sistema con el fin que adopte la lógica correspondiente a este servicio.
Al igual que en el proceso de refrigeración, al hervir la solución en el
generador de alta temperatura el vapor asciende junto con gotas de solución
semidiluida a través de la bomba de burbujas, pero al estar ahora abierta la
válvula de cambio de ciclo, el vapor caliente accede al evaporador a través del
tubo de by-pass donde está colocada dicha válvula, ascendiendo dentro de él y
condensándose en la superficie del serpentín por el que circula el agua de la
instalación (el mismo por el que circula el agua a refrigerar en modo de
refrigeración), cediendo a esta el calor de condensación y haciendo que
aumente su temperatura.
Al mismo tiempo, una parte del vapor fluye a través del generador de
baja temperatura y el condensador, pero como por éste no circula el agua de
enfriamiento procedente de la torre, no puede producirse la condensación y
accede también al evaporador en fase vapor condensándose igualmente sobre
el serpentín del agua a calentar cediendo a ésta su calor latente.
La solución diluida, por su parte, se acumula en el colector inferior del
absorbedor de donde la bomba de solución le obliga a circular por los
intercambiadores de calor hasta alcanzar el generador de alta temperatura
donde vuelve a iniciarse el ciclo.

7. FUNCIONAMIENTO DEL CICLO DE ABSORCIÓN CON SOLUCIÓN
DE AMONIACO Y AGUA, A LLAMA DIRECTA DE GAS
El ciclo que se describe a continuación es el empleado por las unidades
de la marca ROBUR distribuidas por ABSORSISTEM y que utilizan como
energía combustibles gaseosos (gas natural o GLP).
El fluido utilizado en el ciclo de refrigeración, es una solución de agua y
amoniaco (NH3), siendo el amoniaco el refrigerante y el agua el absorbente.
Una importante ventaja es que los agentes utilizados en la solución son
totalmente inocuos para el medio ambiente. El ciclo aprovecha la gran afinidad
del amoniaco con el agua, utilizado aquel como agente frigorífico dado que es
fácilmente absorbido por esta. El NH3 es el más tradicional de los refrigerantes
inorgánicos conociéndose como tal con la denominación de R-717
Ciclo de absorción H2O-NH3 a llama directa de gas
Para explicar el funcionamiento del ciclo de refrigeración, seguiremos el
curso de los fluidos y los cambios de estado en el gráfico de la figura 1.
Empezando el análisis del ciclo en el generador, situado en el centro del
gráfico, diremos que la solución de agua y amoniaco se calienta en su interior
por la aportación del quemador de gas, a una presión entre 14 y 24 bar, hasta
alcanzar una temperatura del orden de 180ºC a la que por ebullición se separa,
por un lado vapor con un elevada concentración de amoniaco (denominada

8. solución concentrada o fuerte) y por otra una solución líquida con baja
concentración de amoniaco, llamada solución diluida o pobre.
El vapor pasa a través del rectificador donde el contenido de agua es
separado por condensación al contacto del serpentín por cuyo interior circula
solución a una temperatura inferior al punto de rocío del vapor de agua en
estas condiciones. El vapor de amoniaco depurado del agua, sale del
rectificador a una temperatura aproximada de 75ºC y a una presión de unos 19
bar, entrando en el condensador. Éste lo forma una batería de tubos aleteados
por cuyo interior circula el amoniaco y por su cara externa el aire de la
atmósfera exterior impulsado por un ventilador. El flujo de aire enfría el
amoniaco hasta condensarlo y llevarlo al estado líquido, reduciendo su
temperatura a unos 43ºC.
A continuación, la presión del amoniaco líquido es reducida a unos 12
bar por un primer restrictor y luego enfriado en un intercambiador de calor del
tipo tubo en tubo, para seguidamente reducir todavía más la presión a 4 bar a
la cual entra en el evaporador donde, debido a la diferencia de presión, se
evapora a 2ºC obteniendo el calor latente de vaporización del agua a refrigerar
que circula en sentido inverso por el cuerpo del evaporador. Ésta agua que es
la que circula por la instalación del usuario, sale refrigerada a una temperatura
nominal de 7ºC entrando a una temperatura de 12ºC.
A la salida del evaporador, el vapor de amoniaco circula por el
secundario del intercambiador de calor tubo en tubo al que nos hemos referido
anteriormente, adquiriendo calor del amoniaco líquido que circula en sentido
contrario por el circuito primario, elevando su temperatura a 32ºC. En estas
condiciones entra en el pre-absorbedor al que llega también la solución acuosa
(la que denominamos diluida o pobre) procedente del generador después de
atravesar un restrictor de manera a reducir su presión a 4 bar, igual a la del
vapor de amoniaco. En éste dispositivo, en el cual se halla también un
serpentín por el que circula solución rica a una temperatura de unos 105ºC
como veremos más adelante, el vapor de amoniaco es absorbido por el agua
debido a su afinidad y calentado a unos 85ºC para dirigirse seguidamente al
absorbedor. Este último está formado, al igual que el condensador, por una
batería de tubos aleteados por cuyo interior circula la solución rica y por el
exterior el aire ambiente forzado por el ventilador. A lo largo del recorrido por el

9. interior del absorbedor, el amoniaco es íntegramente absorbido por el agua y
seguidamente aspirado por la bomba de solución a una temperatura de 44ºC. A
esta temperatura, es impulsado por la bomba de solución hacia el serpentín del
rectificador donde, como hemos visto, provoca la condensación del agua y al
mismo tiempo obtiene calor de ella y del vapor de amoniaco caliente que
procede del generador aumentando su temperatura hasta 105ºC. El próximo
paso es circular por el interior del serpentín del pre-absorbedor al que nos
hemos referido anteriormente, para volver finalmente al generador donde el
ciclo empieza de nuevo.
EL CICLO DE REFRIGERACIÓN POR COMPRESION DE VAPOR
El ciclo de Carnot invertido no es práctico para comparar el ciclo
real de refrigeración. Sin embargo es conveniente que se pudieran aproximar
los procesos de suministro y disipación de calor a temperatura constante para
alcanzar el mayor valor posible del coeficiente de rendimiento. Esto se logra al
operar una máquina frigorífica con un ciclo de compresión de vapor. En la
Figura 3.15 se muestra el esquema del equipo para tal ciclo, junto con
diagramas Ts y Ph del ciclo ideal. El vapor saturado en el estado 1 se
comprime isoentrópicamente a vapor sobrecalentado en el estado 2. El vapor
refrigerante entra a un condensador, de donde se extrae calor a presión
constante hasta que el fluido se convierte en líquido saturado en el estado 3.
Para que el fluido regrese a presión mas baja, se expande adiabáticamente en
una válvula o un tubo capilar hasta el estado 4. El proceso 3-4 es una
estrangulación y h3=h4. En el estado 4, el refrigerante es una mezcla húmeda
de baja calidad. Finalmente, pasa por el evaporador a presión constante. De la
fuente de baja temperatura entra calor al evaporador, convirtiendo el fluido en
vapor saturado y se completa el ciclo. Observe que todo el proceso 4-1 y una
gran parte del proceso 2-3 ocurren a temperatura constante.

10. A diferencia de muchos otros ciclos ideales, el ciclo de compresión de
vapor que se presentó en la Figura 3.15, contiene un proceso irreversible que
es el proceso de estrangulación. Se supone que todas las demás partes del
ciclo son reversibles.
La capacidad de los sistemas de refrigeración se expresa con base a las
toneladas de refrigeración que proporciona la unidad al operarla en las
condiciones de diseño. Una tonelada de refrigeración se define como la rapidez
de extracción de calor de la región fría ( o la rapidez de absorción de calor por
el fluido que pasa por el evaporador ) de 211 kJ/min o 200 Btu/min. Otra

11. cantidad frecuentemente citada para una máquina frigorífica es el flujo
volumétrico de refrigerante a la entrada del compresor, que es el
desplazamiento efectivo del compresor.
El coeficiente de rendimiento de un refrigerador se expresa como
El coeficiente de rendimiento de una bomba de calor se expresa como

12. PROCESO DE REFRIGERACION POR ABSORCION
COMPRESIÓN VAPOR VENTAJAS FLUIDOS COSTOS DESVENTAJAS
La refrigeración por
compresión es un
método de refrigeración
que consiste en forzar
mecánicamente la
circulación de un
refrigerante en un circuito
cerrado dividido en dos
zonas: de alta y baja
presión, con el propósito
de que el fluido absorba
calor del ambiente, en el
evaporador en la zona de
baja presión y lo ceda en
la de alta presión, en el
condensador.
La utilización de
equipos de
refrigeración por
ciclo de
absorción permite
ahorrar, en
primer lugar, la
energía primaria
que habría hecho
falta para
producir la
electricidad
necesaria para
hacer funcionar
los equipos
convencionales
que sustituyen.
La refrigeración por
compresión se basa
en el
aprovechamiento de
las propiedades de
ciertos fluidos,
llamados
refrigerantes o
fluidos frigorígenos,
de las cuales, la
principal para este
proceso, es que su
temperatura de
vaporización a
presión atmosférica
es extremadamente
baja.
Cuando el calor
utilizado por la
máquina de
absorción es de
origen gratuito o
residual, el ahorro
es absoluto,
mientras que en
los casos de
aplicación de llama
directa este
dependerá de la
energía primaria y
las características
de producción de
la electricidad
sustituida.
El rendimiento es menor que en el
método por compresión (0,8 frente a
5,5 ), sin embargo en algunos casos
compensa el que la energía
proveniente de una fuente calorífica
sea más económica, incluso residual o
un subproducto destinado a
desecharse. También hay que tener en
cuenta que el sistema de compresión,
utiliza normalmente la energía eléctrica,
y cuando ésta llega a la toma de
corriente lo hace con un rendimiento
inferior al 25% sobre la energía
primaria utilizada para generarla, lo que
reduce mucho las diferencias de
rendimiento.