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T10.- Otros Ciclos de Producción de FríoTTTTTTTTTT11111111111100000000......------- OOOOOOOOOOOttttttrrrrrrrrrrrrroooooooosssss CCCCCCCCiiiiiiicccccccccccccclllllloooooooossssssss dddddddddddeeeeeeee PPPPPPPPrrrrroooooodddddddduuuuuuuuuuuuuuuuuccccccccccccccccciiiiióóóóóóóóóóónnnnn dddddddddddddddddeeeeeee FFFFFFrrrrrrríííííííooooooooooooooTecnología Energética (G.I.T.I.)
Departamento:Area:
Ingeniería Eléctrica y EnergéticaMáquinas y Motores Térmicos
CARLOS J RENEDO renedoc@unican.esDespachos: ETSN 236 / ETSIIT S-3 28
http://personales.unican.es/renedoc/index.htmTlfn: ETSN 942 20 13 44 / ETSIIT 942 20 13 82
T10.- Otros Ciclos de Producción de Frío
Las trasparencias son el material de apoyo del profesorpara impartir la clase. No son apuntes de la asignatura. Alalumno le pueden servir como guía para recopilarinformación (libros, …) y elaborar sus propios apuntes
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T10.- Otros Ciclos de Producción de Frío
3.- Refrigeración por Absorción (I)
El ciclo necesita calor a T (generador), para obtener efecto refrigerante aT (evaporador); como residuo se ha de extraer calor a media T
(absorbedor y condensador)
Su coste de operación es bajo si el calor es residual. Apenas tienen partesmóviles, no genera vibraciones ni ruidos, y tiene mantenimiento reducido.
Se usa una mezcla de dos componentes: refrigerante y absorbente. Lasmezclas más utilizadas son: NH3-H2O y LiBr-H2O• El NH3 es el refrigerante y el H2O el absorbente• El H2O es el refrigerante, y el LiBr el absorbente (Tevap>0ºC, entre 5 y 10ºC)
La tensión de vapor del refrigerante se ve alterada por la presencia delabsorbente al la cantidad de absorbente)Con la concentración de la mezcla, se controla la T de evaporación
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T10.- Otros Ciclos de Producción de Frío
3.- Refrigeración por Absorción (II)
Una máquina de absorción de efecto simple (I)
3
T10.- Otros Ciclos de Producción de Frío
3.- Refrigeración por Absorción (III)
Una máquina de absorción de efecto simple (II)
Se aporta calor con el que se evapora el
refrigerante
Al generador se le aporta la mezcla
líquida de refrig. y absorbente
1
2
3a
3b
n ddddddddddddddddeeeeeeeeeeeeeeeeeeee FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFrrrrríííííííooooo
Al absorbente retorna al absorbedor
El refrigerante continúa hacia el condensador
4
T10.- Otros Ciclos de Producción de Frío
3.- Refrigeración por Absorción (III)
Una máquina de absorción de efecto simple (II)
1
2
3a
3b
El refrigerante se licuaen el Condensador
4
5
n ddddddddddddddddeeeeeeeeeeeeeeeeeeee FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFrrrrríííííííooooo
Necesita refrigeración externa auxiliar
El refrigerante continúa hacia el condensador
El refrigerante líquido continua
hacia la expansión 5
T10.- Otros Ciclos de Producción de Frío
3.- Refrigeración por Absorción (III)
Una máquina de absorción de efecto simple (II)3aEl refrig se licua, en el Cond.,
lo que requiere ceder calor
4
5
El refrig. líquido entra en el evaporador, a baja presión se
evapora produciendo frío
El refrig. líquido, pasa a través de una expansión 6
7
n ddddddddddddddddeeeeeeeeeeeeeeeeeeee FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFrrrrríííííííooooo
8El vapor de refrigerante
continúa hacia el absorbedor
6
T10.- Otros Ciclos de Producción de Frío
3.- Refrigeración por Absorción (III)
Una máquina de absorción de efecto simple (II)
n ddddddddddddddddeeeeeeeeeeeeeeeeeeee FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFrrrrríííííííooooo
6
7
En el Absorbedor se mezclan:– el vapor de refrig. (evap); 8– la mezcla diluida (gen.); 3b
El paso de la mezcla desde el absorbedor al generador
una bomba,(única parte móvil del sistema)9
8 10
La reacción de absorción esexotérmica, y necesita refrigeración,externa auxiliar. De no ser asídificultando la absorción
3b 1
7
T10.- Otros Ciclos de Producción de Frío
3.- Refrigeración por Absorción (IV)
Una máquina de absorción de efecto simple (III)
Para mejorar la eficiencia se instala unintercambiador de calor
• precalienta la mezcla que va al generador• refrigera el absorbente que retorna al absorbedor
Se puede instalar una expansión auxiliaren el absorbente que retorna del generador
8
T10.- Otros Ciclos de Producción de Frío
3.- Refrigeración por Absorción (V)
El calor que se debe eliminar (Qabs + Qcond) es grande, (Qgen + Qevap)
En máquinas de absorción: (Qabs + Qcond) 2,5 Potencia maquina
En máquinas de compresión: (Qcond) 1,25 Potencia maquina
Q eliminado en absorción 2 Q eliminado en compresión
EEG
G
EEGAC Q43.27.0
QQ7.0
COPQQQQ
EEcomp
comp
EEcompC Q25.14
QW4
WQ
COPQWQ
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T10.- Otros Ciclos de Producción de Frío
3.- Refrigeración por Absorción (VI)
Las máquinas suelen tener dos partes:• el generador y el condensador• el evaporador y el absorbedor
Hay fabricantes que colocan todala máquina en una única carcasa
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T10.- Otros Ciclos de Producción de Frío
3.- Refrigeración por Absorción (VII)
El suministro térmico en los arranques debe ser mayor que en régimen
La capacidad se controla con la concentración el absorbedor:Estrangulando la alimentación de calor en el generadorDisminuyendo la refrigeración del condensadorRegulando el caudal que le llega al hervidorBypasando la solución con una válvula de tres vías en el hervidor(las dos conexiones con el absorbedor)
Sistema bromuro de litio-agua (BrLi-H2O), requiere en el generador Tª de100°C
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T10.- Otros Ciclos de Producción de Frío
3.- Refrigeración por Absorción (VIII)
Sistema amoniaco-agua (NH3-H2O), requiere en el generador de 120-150°C
El NH3 es tóxico y ademásataca el cobre
Las máquinas y tuberíastienen que ser de acero einoxidable
Necesita un rectificador entreel generador y el condensadorya que con el amoniaco seevapora agua
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T10.- Otros Ciclos de Producción de Frío
3.- Refrigeración por Absorción (IX)
En el rendimiento del ciclo hay que considerar el aporte de calor en elgenerador, la energía mecánica (bombas y ventiladores) se desprecia
El COP típico de las máquinas comerciales de LiBr-H2O, es de 0,7
El COP de las de NH3-H2O es de 0,5 (trabajan a menores Tevap)
El rendimiento total es el de la producción del frío por el de la de calor
KenTconT
TTTT
T
generador
óncondensacigenerador
evaporadorrcondensado
evaporadorAbsFrío
al T en el generador
al T en el condensador/absorbedor
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T10.- Otros Ciclos de Producción de Frío
3.- Refrigeración por Absorción (X)
Las máquinas son voluminosas y caras, especialmente si funcionan con Tbajas en el generador
Sólo son rentables cuando el calor muy barato, y las horas de funcionamientoanual a plena carga son elevadas
En los sistemas solares la disponibilidad de calor con la necesidad derefrigeración
La intermitencia del Sol hace necesario un sistema de almacenamientotérmico
No son rentables
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T10.- Otros Ciclos de Producción de Frío
3.- Refrigeración por Absorción (X)
Las máquinas son voluminosas y caras, especialmente si funcionan con Tbajas en el generador
Sólo son rentables cuando el calor muy barato, y las horas de funcionamientoanual a plena carga son elevadas
Generador
GeneradorEléctrico G.T.
Bomba Bomba
Motor Motor
MotorTorre de
Refrigeración
EvaporadorCond./Abs.
G. Aux.
Agua Enfriada
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T10.- Otros Ciclos de Producción de Frío
3.- Refrigeración por Absorción (X)
Las máquinas son voluminosas y caras, especialmente si funcionan con Tbajas en el generador
Sólo son rentables cuando el calor muy barato, y las horas de funcionamientoanual a plena carga son elevadas
En los sistemas solares la disponibilidad de calor con la necesidad derefrigeración
La intermitencia del Sol hace necesario un sistema de almacenamientotérmico
No son rentables Bomba Bomba
Torre de Ref.EvaporadorCond./Abs.
G. Aux.
Agua Enfriada
Bomba
Generador
Colectores solares
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T10.- Otros Ciclos de Producción de Frío
3.- Refrigeración por Absorción (IX)
El diagrama que representa la mezcla de trabajo es el Dühirng (P-T)
Se debe evitar la cristalización de la sal, que depende de la presión, yes peligroso en el arranque de la máquina, cuando la T es baja
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T10.- Otros Ciclos de Producción de Frío
3.- Refrigeración por Absorción (X)
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T10.- Otros Ciclos de Producción de Frío
3.- Refrigeración por Absorción (X)
iclossssss ddddddddddddddddddddeeeeeeeeeeeeeeee PPPPPPPPPPPPPPPPPPPPProooooooooooooooooooodddddddddddddddduuuuuuuuuuuuuuuuuuuuucccccccccccccccccccccccccccccccióóóóóóóóóóóóóóóóóóóóónnnnnn ddddddddddddddddddddde Frío
sorcccccccccccccccccccciiiiiiiiiiiiiiiiiiióóóóóóóóóóóóóónnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn (((((((XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX)))))))))))))))))))))
Tª
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T10.- Otros Ciclos de Producción de Frío
3.- Refrigeración por Absorción (IX)
TªTTT1111111111111111100000000000000000.- OOOOOOOOOOOOOOOOOtttttttttttttttttrrrooosssssssssssssssss CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCiii
3.- Reffffffffffffrrrrrrrrrrrrrrrrrrriiiiiiiiiiiiiiiiiigggggggggggggggggggeraaaaaaaaaaaaaaaaaaacccccccccccccccccccción pppppppppppppppppppor AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbs
iiicccllloooooooooooooooooooosss dddeeeeeeeeeeeeeeeeeee PPPrrroooooooooooooooooooodddddddddddddddddddduuuccccccccccccccccciiiiiiiiiiiiiióónnnnnnnn ddddddddddddddddddd rrrrrrrrrrrríííííííííííííííííooooooooooooooo
sorrrrrrrrrrrrrrrrrrrcccccccccccccccccccción ((((((((((((((((((((IIIIIIIIIIIIIIIIIX)
TTTª
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T10.- Otros Ciclos de Producción de Frío
2.- Refrigeración por absorción (VIII)
TªT1111111111000000000000 OOOOOOOOOOOOOOttttttttt CCii l d P dddddddddddd ió ddddddddddddd F íTªTTTTTTTTTTTTTTTTTTT11111111111111111000000000000000000000...........------------- OOOOOOOOOOOOOOOOOOOtttttttttttttttttttrrrrrrrrrrrrrrrrrrrooooooooooooooooooooossssssssssssssss CCCCCCCCCCCCCCCCiiiiii
2.------- RRRRRRRRRRRRRRRRRRRRReeeeffffffffrrrrrrrrrrrrrrrrriiiiiiggggggggggggggggggeeeeeeeeeeeeeeeeeeerrrraaaaaaaaaaaaaaaaaaccccccccccccccccciiiiiiióóóóóóóóóóóóóóóóóóóóónnnnnnnnnnnnn pppppppppppppppppppppooooooooooooooooooooorrrrrrrrrrrrrrrrrrrrr aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaabbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbssssssssssssssssssss
iiiiiiiiiiiiicccccccccccccccccccccllllllllllloooooooooooooooooooosssssssssssssssss dddddddddddddddddddddeeeeeeeeeeeeeeeeeeee PPPPPPPPPPPPPPPPPPPPrrrrrrrrrrrrrrrrrroooooooooooooooooooooddddddddddddddddddddduuuuuuuuuuuuuucccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccciiiiiiióóóóóóóóóóóóóóóóóóóóónnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn dddddddddddddddd rrrrrrrrrrrrrrrííííííííííííííííííííoooooooooooooooooooo
ssssssssssssssssooooooooooooooooooooorrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrccccccccccccccccccccciiiiiiiiiiiiiiiiiióóóóóóóóóóóóóóóóóóóóónnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn (((((((((((((((((((((VVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII)))))))))))))))))))))
TTTTTTTª
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T10.- Otros Ciclos de Producción de Frío
2.- Refrigeración por absorción (VIII)
TªT1111111111000000000000 OOOOOOOOOOOOOOttttttttt CCii l d P dddddddddddddd ió dddddddddddddddd íTªTTTTTTTTTTTTTTTTTTT11111111111111111000000000000000000000...........------------- OOOOOOOOOOOOOOOOOOOtttttttttttttttttttrrrrrrrrrrrrrrrrrrrooooooooooooooooooooossssssssssssssss CCCCCCCCCCCCCCCCiiiiii
2.------- RRRRRRRRRRRRRRRRRRRRReeeeffffffffrrrrrrrrrrrrrrrrriiiiiiggggggggggggggggggeeeeeeeeeeeeeeeeeeerrrraaaaaaaaaaaaaaaaaaccccccccccccccccciiiiiiióóóóóóóóóóóóóóóóóóóóónnnnnnnnnnnnn pppppppppppppppppppppooooooooooooooooooooorrrrrrrrrrrrrrrrrrrrr bbbbbbbbbbb
iiiiiiiiiiiiicccccccccccccccccccccllllllllllloooooooooooooooooooosssssssssssssssss dddddddddddddddddddddeeeeeeeeeeeeeeeeeeee PPPPPPPPPPPPPPPPPPPPrrrrrrrrrrrrrrrrrroooooooooooooooooooooddddddddddddddddddddduuuuuuuuuuuuuucccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccciiiiiiióóóóóóóóóóóóóóóóóóóóónnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn dddddddddddddddd rrrrrrrrrrrrrrrííííííííííííííííííííoooooooooooooooooooo
iióóóóóóóóóóóóó (((((((((((((((VVVVVVVVVVVVVVVVVIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII))))))))
TTTTTTTª
absssssssssssssssssssssssssssoooooooooooooooooooorrrrrrrrrrrrrccccccccccccccccccccciiiiiiiiiiióóóóóóóóóóóóóóóóóóóóónnnnnnnnnnnnnnnnnnnn ((((((((VVVVVVVVVVVVVVVVVVVVIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII))))))))))))))))))))
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T10.- Otros Ciclos de Producción de Frío
2.- Refrigeración por Absorción (XI)
NH3-H2O
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T10.- Otros Ciclos de Producción de Frío
Otros ciclos de absorción (I)
Buscan aumentar la capacidad frigorífica, elrendimiento, o poder realizar el suministrotérmico a temperaturas reducidas
• Ciclos multiefect (el calor se aprovechavarias veces)
• Ciclos multistage (un elemento más deuna vez)
3.- Refrigeración por Absorción (XII)
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T10.- Otros Ciclos de Producción de Frío
Otros ciclos de absorción (II)
• Double Effect Cycle:Este ciclo aprovecha el calor desprendido en la refrigeración de un condensadorde alta en un generador de baja (máquina grande y cara)Tiene COP del orden de 1,2Necesita un 40% menos de calor que el de simple efectoLa refrigeración auxiliar libera al exterior 25% menos de calor
3.- Refrigeración por Absorción (XIII)
%6043,183,0
7,0Q
2,1Q
COPQ
COPQ
E
E
S.E.
E
D.E.
E
S.E.G
D.E.G
%75Q
7,0Q
Q2,1
Q
QCOP
Q
QCOP
Q
QQQQ
QQQQ
EE
EE
ES.E.
E
ED.E.
E
.E.SEG
D.E.EG
S.E.AC
D.E.AC
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T10.- Otros Ciclos de Producción de Frío
Otros ciclos de absorción (II)
• Double Effect Cycle
3.- Refrigeración por Absorción (XIII)
Temperatura
Pres
ión
Condensador H.P.
Condensador M.P.
Evaporador Absorbedor
Generador H.P.
Generador M.P.
Calor a med. T.
Calor a alta T.
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T10.- Otros Ciclos de Producción de Frío
Temperatura
Pres
ión
Condensador H.P.
Condensador M.P.
Evaporador Absorbedor
Generador H.P.
Generador M.P.
Calor a med. T.
Calor a alta T.
Otros ciclos de absorción (II)
• Double Effect Cycle
3.- Refrigeración por Absorción (XIII)
TTTTTTTTTTTTTTTTTTTTeeeeeeeeeeeeeeeeeeemmmmmmmmmmmmmmmmmmmmppppppppppeeeeeeeeeeeeeeeeeeerrrrrrrrrrrrrrrrraaaaaaaaaaaaaaaaaaaattttttttttttttttttuuura
Pre
sión
Condensadorrr H.P.
Condensador M.PPPPPPPPPPP.
Evaporador AAAbbbbbbbbbbbbbbbbbbbsssssssssssorbbbeeeeeedddddooor
GGeenneeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeraaador H.P.
Genneeerrraador MMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMM.PPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPP.
Calor a mmmmmmmmmmmmmeddddddddddddd. T.
Calorrrrrr aaaa aaaaaaaaaaaaaaaaallllllllllllllllttttttttttttttttttttttttttttttaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa TTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTT.
ros cicccloooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooos deeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeee aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaabbbbsssssssssssssssssssssssssssssssssssorcióóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóón (II)
Doubleee Effeeeeeeeeeeeeeeeeeeeecccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccttttttttttttttttttttttttttttttttttttttttttttttt CCCCCCCCCCCCyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccclllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllleeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeee
3.--- RRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRReeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeffffffffffffffffffffffffffffffffrrrigggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggeeeeeerrrrrrrrrrrrraaaaaccciiióóónnn ppppppppppppporrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrr Absorciiiiiiiiiiióóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóónnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn (((XXXIIIIIIIII)))
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T10.- Otros Ciclos de Producción de Frío
3.- Refrigeración por Absorción (XIV)
Otros ciclos de absorción (III)
• Half Effect Cycle:Este ciclo aprovecha el calor a dos focos térmicos distintos (alta y mediatemperatura)Tiene COP del orden de 0,5Necesita un 40% mas de calor que el de simple efectoLa refrigeración auxiliar libera al exterior 25% más de calor
%14043,12
7,0Q
5,0Q
COPQ
COPQ
E
E
S.E.
E
H.E.
E
S.E.G
H.E.G
%125Q
7,0Q
Q5,0
Q
QCOP
Q
QCOP
Q
QQQQ
QQQQ
EE
EE
ES.E.
E
EH.E.
E
.E.SEG
H.E.EG
S.E.AC
D.E.AC
28
T10.- Otros Ciclos de Producción de Frío
Otros ciclos de absorción (III)
• Half Effect Cycle:
3.- Refrigeración por Absorción (XIV)
Temperatura
Pres
ión
Calor
CalorGenerador M.P.
Generador H.P.
Condensador H.P.
Evaporador
Absorbedor L.P.
Absorbedor M.P.
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T10.- Otros Ciclos de Producción de Frío
Otros ciclos de absorción (IV)
• Single-effect/double-lift:Busca conseguir gran enfriamiento en el agua de alimentación al generador
(del orden de 30ºC frente a los 10 de un ciclo convencional)Puede funcionar como uno de Double Effect, o como Half EffectEl COP varía en función de como trabaja
3.- Refrigeración por Absorción (XV)
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T10.- Otros Ciclos de Producción de Frío
Otros ciclos de absorción (IV)
• Single-effect/double-lift:Busca conseguir gran enfriamiento en el agua de alimentación al generador
(del orden de 30ºC frente a los 10 de un ciclo convencional)Puede funcionar como uno de Double Effect, o como Half EffectEl COP varía en función de como trabaja
3.- Refrigeración por Absorción (XV)Pr
esió
n
Temperatura
Condensador
Evaporador Absorbedor L.P.
Absorbedor M.P.
G.H.P.H.T.
G.M.P.M.T.
G.H.P.M.T.
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T10.- Otros Ciclos de Producción de Frío
Otros ciclos de absorción (IV)
• Single-effect/double-lift:Busca conseguir gran enfriamiento en el agua de alimentación al generador
(del orden de 30ºC frente a los 10 de un ciclo convencional)Puede funcionar como uno de Double Effect, o como Half EffectEl COP varía en función de como trabaja
3.- Refrigeración por Absorción (XV)
Pre
sión
Temperatura
Condensador
Evaporador Absorbedor L.P.
Absorbedor M.P.
G.H.P.H.T.
G.M.P.M.T.
G.H.P.M.T.
ros cicccccccccclos de aaaaaaaabsorrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccciiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiióóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóónnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn ((((((((IVVVVVVVVVVVVVV)))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))
ingle-----------effect/dooooooooouble-liiiiiiiiiiiifffffffffffffffffffffffffffftttttttttttttttttttt:Buuuuuuuuuuuuuuusccccca conseguuuuiiiiir graaaannnnnnn eeeeeeeeeeeeennnnnnnnnnnnfriaaaaaaaaaaaaaammmmmmmmmmmmmmmmmmmiiiiieeeennnnttttoooo eeeennnn eeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeell aaaagggggggggggggggggggggggggggggggguuuuuuuuuuuuuuuuuuuaaaaaaaaaaaaaaaaaaa de aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaallllllllllllllllllllliiiiiiiiiiiiiiiimeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeennnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnttttttttttttttaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaccccccccccccciiiiióóóóóóóóóónnnnnnnnnnnnn aaaaaaaaaaaalllllllllll gggeeeeeeeennnnnnnnnnnnnnnnneeeerrrraaaaadddddddddddddddddddddddddddddddoooor
(del ordennnn de 30ºCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC frente a los 10 ddddddddddddddddeeeeeeeeeeeeeeee uuuuuuuuunnnnnnnnnn cicloooooooo cccccconvennnnccccioooooooooooooooonnnaaaal)
3.- Reeeeeeeeeefffffffffffffffffffffffffrrrrrrrrrrrrrriiiiiigggggggggggggeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeerrrrrrrrrrrrrrrrraaaaaaaaaaaaaaaaccccccccccccccccciiiióóóóóónnnn pppppppppppppppppppppppppppppppppppppppppppppppppppppppppppooorrr AAAAbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbsssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssorciiiióóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóóón (XV)
Pre
sión
T t
Condensador
EEEEEEEEEEvvvvaaaaaaaaaappppppooooooooooooorrrrrrrrrrrrraaaaaaddddddddddoooooooooooorrrrrrrrrr AAAAAbbbbbssssssoooorbbbbbbbbbeeeeeeeeedddddddooooooooor LLLLL.PPPPPPPPPP.
AAAAbbbbsorbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbedoooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooorrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrr MMM..PPP..
GGG..HHH..PPPPPP...HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH.TTTTTTTT.
G.M.P.M.T.
GGGGGGGGGGGGGGGGGGG.H.P....................MMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMM..TTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTT.
32
T10.- Otros Ciclos de Producción de Frío
3.- Refrigeración por Absorción (XIV)
T Evap. C.O.P.
T Cond.
T Abs.
T Gen.
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T10.- Otros Ciclos de Producción de Frío
Una máquina de absorción de LiBr Agua funcionando con Tgen. 70ºC, Tevap. 10ºC,Tcond. 30ºC y eficacia del intercambiador de la solución del 75%. Se desea conocerel COP del sistema suponiendo Tabs. = Tcond.
34
T10.- Otros Ciclos de Producción de Frío
Una máquina de absorción de LiBr Agua funcionando con Tgen. 70ºC, Tevap. 10ºC,Tcond. 30ºC y eficacia del intercambiador de la solución del 75%. Se desea conocerel COP del sistema suponiendo Tabs. = Tcond.
pcond = pgenp2 = p3p4 = p5
pevap = pabsTcond = Tabs
Fig Refrigerante - absorbente Condiciones
1: Mezcla (refrigerante-absorbente) en estado de saturación Tabs = Tcond = 30ºC pevap
2: Mezcla a la salida de la bomba (h cte = h1= h2) y entrada al intercamb. pcond
3: Salida de mezcla al intercambiador pcond
4: Entrada de absorbente al intercambiador Tgen= 70ºC pcond
5: Salida del absorbente del intercambiador pcond
6: Absorbente retornando al absorbedor tras expansión auxiliar pevap
7: Vapor de agua Tgen 70ºC pcond
8: Agua líquida a saturación Tcond= 30ºC pcond
9: Agua saturada a las salida de la expansión (h cte = h8 = h9) Teva = 10ºC pevap
10: Vapor de agua saturado seco Teva = 10ºC pevap
mezclalacalientanobombaLaTT 12
cloooos de Prrrroooooddddduuuuuccccccccciióón ddddddddddddddddddeeeeeee FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFrrrrrrrrrrrííííííooooooooooooo
Br Agua funcionaaaaaaaaaaaaaaaaaannnnnnnnnnnnnnnnnndddddddo con Tgeeeeeeeeeeeennnnnnnnnnnnnnnnnnnnn. 70ºCCCCCCCCCC,,,,,,,,,,,,,,,, TTTTTTTTTTTTTeeeevap. 10ºC,mbbbbbiador de lllla ssssssssssssssssssoluciónnnnnnnnnn ddddddeeeeeeeeeeeeeeeeeellllllll 777777777777777777777555555555555555555555%. Seeeeeeeeeeeeeeeee dddddddddddddddddddddeeeeessssseeeeeaaaaa cccccooooonocer
absssss. = Tcond..........ocerMAbs
gua fundor deMRef
Tgeeeeeeeeon TMMez
35
T10.- Otros Ciclos de Producción de Frío
Una máquina de absorción de LiBr Agua funcionando con Tgen. 70ºC, Tevap. 10ºC,Tcond. 30ºC y eficacia del intercambiador de la solución del 75%. Se desea conocerel COP del sistema suponiendo Tabs. = Tcond.
MezclaAbsorbente CalorCaloradorIntercambi MezclaMezclaMezclapAbsAbsorbenteAbsorbentep TMcTMc
Maxminp
MezclaMezclaMezclap
Maxminp
AbsAbsorbenteAbsorbentepInter TMc
TMcTMc
TMc
MezclapAbsorbentep cc MezclaAbsorbente MMAbspminp McMc
Max
AbsInter T
T
14
54
24
54Inter TT
TTTTTT
)3070(75,070TTT 14Int45T Cº40
Para el refrigerante (agua) le corresponde una presión de saturación en función de la T:
T 70ºC pgen =0,03120 MPa = 31,2 kPaT 30ºC pcond =0,00425 MPa = 4,25 kPaT 10ºC peva =0,00123 MPa = 1,23 kPa
Tabla
FiguraPto 1: Tabs =Tcon= 30ºC y peva = 1,23 kPa XLiBr = 48%Pto 4: Tgen = 70ºC y pcon = 4,25 kPa XLiBr = 58% 36
T10.- Otros Ciclos de Producción de Frío
Una máquina de absorción de LiBr Agua funcionando con Tgen. 70ºC, Tevap. 10ºC,Tcond. 30ºC y eficacia del intercambiador de la solución del 75%. Se desea conocerel COP del sistema suponiendo Tabs. = Tcond.
T 70ºC pgen =0,03120 MPa = 31,2 kPaT 30ºC pcond =0,00425 MPa = 4,25 kPaT 10ºC peva =0,00123 MPa = 1,23 kPa
Tabla
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T10.- Otros Ciclos de Producción de Frío
Pto 1: Tabs =Tcon= 30ºC y peva = 1,23 kPa XLiBr = 48%Pto 4: Tgen = 70ºC y pcon = 4,25 kPa XLiBr = 58%
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T10.- Otros Ciclos de Producción de Frío
Una máquina de absorción de LiBr Agua funcionando con Tgen. 70ºC, Tevap. 10ºC,Tcond. 30ºC y eficacia del intercambiador de la solución del 75%. Se desea conocerel COP del sistema suponiendo Tabs. = Tcond.
MAbs
MRef
MMez
Pto T, ºC P, kPa %Abs h, kJ/kg
1
30
1,23
48
h2
2
4,25
h1
3
4 70
585 40 h6
6 1,23 h5
7 704,25
0% (H2O)
8 30 h9
9 101,23
h8
10 10
39
T10.- Otros Ciclos de Producción de Frío
Una máquina de absorción de LiBr Agua funcionando con Tgen. 70ºC, Tevap. 10ºC,Tcond. 30ºC y eficacia del intercambiador de la solución del 75%. Se desea conocerel COP del sistema suponiendo Tabs. = Tcond.
Pto 1
Pto 159
166
Ptos 4 y 5
Pto 4
107Pto 5
40
T10.- Otros Ciclos de Producción de Frío
Una máquina de absorción de LiBr Agua funcionando con Tgen. 70ºC, Tevap. 10ºC,Tcond. 30ºC y eficacia del intercambiador de la solución del 75%. Se desea conocerel COP del sistema suponiendo Tabs. = Tcond.
5848
30
40
70166
107
591
5
4
41
T10.- Otros Ciclos de Producción de Frío
Una máquina de absorción de LiBr Agua funcionando con Tgen. 70ºC, Tevap. 10ºC,Tcond. 30ºC y eficacia del intercambiador de la solución del 75%. Se desea conocerel COP del sistema suponiendo Tabs. = Tcond.
MAbs
MRef
MMez
Pto T, ºC P, kPa %Abs h, kJ/kg
1
30
1,23
4859
h2
2
4,25
h1
3
4 70
58
166
5 40107
h6
6 1,23 h5
7 704,25
0% (H2O)
8 30 h9
9 101,23
h8
10 10
42
T10.- Otros Ciclos de Producción de Frío
Una máquina de absorción de LiBr Agua funcionando con Tgen. 70ºC, Tevap. 10ºC,Tcond. 30ºC y eficacia del intercambiador de la solución del 75%. Se desea conocerel COP del sistema suponiendo Tabs. = Tcond.
Pto 7
Pto 8
10
2.519
3070
125
Pto 10
2.62643
T10.- Otros Ciclos de Producción de Frío
Una máquina de absorción de LiBr Agua funcionando con Tgen. 70ºC, Tevap. 10ºC,Tcond. 30ºC y eficacia del intercambiador de la solución del 75%. Se desea conocerel COP del sistema suponiendo Tabs. = Tcond.
MAbs
MRef
MMez
Pto T, ºC P, kPa %Abs h, kJ/kg
1
30
1,23
4859
h2
2
4,25
h1
3
4 70
58
166
5 40107
h6
6 1,23 h5
7 704,25
0% (H2O)
2.626
8 30125
h9
9 101,23
h8
10 10 2.519
44
T10.- Otros Ciclos de Producción de Frío
Una máquina de absorción de LiBr Agua funcionando con Tgen. 70ºC, Tevap. 10ºC,Tcond. 30ºC y eficacia del intercambiador de la solución del 75%. Se desea conocerel COP del sistema suponiendo Tabs. = Tcond.
Se debe realizar un balance energético en el intercambiador para calcular h3
MAbs
MRef
MMez
SaleEntra EnergíaEnergía
5Abs3Mezcla4Abs2Mezcla hMhMhMhM
23Mezcla54Abs hhMhhM
Mezcla
Abs5423 M
Mhhhh
Se debe hacer un balance de masa de absorbente en el
generador o en el absorbedor:
SaleEntra AbsMasaAbsMasa
SaleSaleEntraEntra Ab%MAb%M1MezclaMezcla6AbsAbs
4AbsAbs3MezclaMezcla
Ab%MAb%M:Abs
Ab%MAb%M:Gen
4Absabs3MezclaMezcla Ab%MAb%M5848
Ab%Ab%
MM
4Abs
3Mezcla
Mezcla
Abs 45
T10.- Otros Ciclos de Producción de Frío
Una máquina de absorción de LiBr Agua funcionando con Tgen. 70ºC, Tevap. 10ºC,Tcond. 30ºC y eficacia del intercambiador de la solución del 75%. Se desea conocerel COP del sistema suponiendo Tabs. = Tcond.
Se debe realizar un balance energético en el intercambiador para calcular h3
MAbs
MRef
MMez
Mezcla
Abs5423 M
Mhhhh
Se debe hacer un balance de masa de absorbente en el
generador o en el absorbedor:
5848
MM
Mezcla
Abs
Mezcla
Abs5423 M
Mhhhh584810716659h3 kg/kJ8,107h3
46
T10.- Otros Ciclos de Producción de Frío
Una máquina de absorción de LiBr Agua funcionando con Tgen. 70ºC, Tevap. 10ºC,Tcond. 30ºC y eficacia del intercambiador de la solución del 75%. Se desea conocerel COP del sistema suponiendo Tabs. = Tcond.
Suponiendo que circula 1 kg derefrigerante MRef (en el evap y cond)Y sabiendo %AbsMezcla (48%) y el%AbsAbs (58%) se pueden conocerla MMezcla y la MAbs
MAbs
MRef
MMez
kg923,152,01MM48,01
M48,0M1M
MMM MezclaMezclaMezclaAbs
fReAbsfReMezcla
kg923,0kg923,1M
M48,0MMezcla
MezclaAbs 47
T10.- Otros Ciclos de Producción de Frío
Una máquina de absorción de LiBr Agua funcionando con Tgen. 70ºC, Tevap. 10ºC,Tcond. 30ºC y eficacia del intercambiador de la solución del 75%. Se desea conocerel COP del sistema suponiendo Tabs. = Tcond.
MAbs
MRef
MMez
Comprobar que:
AbsCondEvapGen QQQQ
)hh(M)hh(MQ 34Abs37fReGen
)8,107166(923,0)8,1071,626.2(1
)hh(MQ 910fReEvap
kJ48,393.2)73,12521,519.2(1
)hh(MQ 87fReCond
kJ37,500.2)73,1251,626.2(1
)hh(M)hh(MQ 16Abs110fReAbs
)59107(923,0)5921,519.2(15,504.237,500.248,393.2572.2
9,004.55,965.4
(0,8%)
572.27,533,518.2
5,504.23,442,460.2
48
T10.- Otros Ciclos de Producción de Frío
Una máquina de absorción de LiBr Agua funcionando con Tgen. 70ºC, Tevap. 10ºC,Tcond. 30ºC y eficacia del intercambiador de la solución del 75%. Se desea conocerel COP del sistema suponiendo Tabs. = Tcond.
Gen
Evap
COP572.2
48,393.2 93,0
No se han considerado los saltos térmicos existentes en los intercambiadoresdel generador, absorbedor, evaporador y condensador, lo que reduciría el COPhasta valores cercanos al 0,7
49
T10.- Otros Ciclos de Producción de Frío
4.- Otros Ciclos (I)
Ciclo Compresión - Absorción:Tiene versatilidad de funcionamientoEnlazados en paralelo o en cascada
50
T10.- Otros Ciclos de Producción de Frío
4.- Otros Ciclos (I)
Ciclo Compresión - Absorción:Tiene versatilidad de funcionamientoEnlazados en paralelo o en cascadaAbsorbedor A.T.
Intercambiador.
V. Exp. 1
V. Exp. 2Agua
calentada
Agua a
calentar
Condensador B.T.
Evaporador B.T.
Con 4 válvulas de 3 vías
Condensador A.T.
Evaporador A.T.
Generador A.T.
51
T10.- Otros Ciclos de Producción de Frío
4.- Otros Ciclos (I)
Ciclo Compresión - Absorción:Tiene versatilidad de funcionamientoEnlazados en paralelo o en cascadaAbsorbedor A.T.
Intercambiador.
V. Exp. 1
V. Exp. 2Agua
calentada
Agua a
calentar
Condensador B.T.
Evaporador B.T.
Sólo Compresión en B.Tª
Generador A.T.Condensador A.T.
Evaporador A.T.
52
T10.- Otros Ciclos de Producción de Frío
4.- Otros Ciclos (I)
Ciclo Compresión - Absorción:Tiene versatilidad de funcionamientoEnlazados en paralelo o en cascada
Absorbedor B.T.
Generador B.T.
Intercambiador.
Condensador B.T.
V. Exp. 1
Evaporador B.T.
V. Exp. 2
Agua
calentada
Agua a
calentar
CAP
Sólo Absorción en B.Tª
Condensador A.T.
Evaporador A.T.
53
T10.- Otros Ciclos de Producción de Frío
4.- Otros Ciclos (I)
Ciclo Compresión - Absorción:Tiene versatilidad de funcionamientoEnlazados en paralelo o en cascada
Absorbedor B.T.
Generador B.T.
Intercambiador.
Condensador B.T.
V. Exp. 1
Evaporador B.T.
V. Exp. 2
Agua
calentada
Condensador A.T.
Agua a
calentar
CAP
Evaporador A.T.
Absorción y Compresión en Paralelo
54
T10.- Otros Ciclos de Producción de Frío
4.- Otros Ciclos (I)
Ciclo Compresión - Absorción:Tiene versatilidad de funcionamientoEnlazados en paralelo o en cascada
Absorbedor B.T.
Generador B.T.
Intercambiador.
Condensador B.T.
V. Exp. 1
Evaporador B.T.
V. Exp. 2
Agua
calentada
Condensador A.T.
Agua a
calentar
Evaporador A.T.
CAP
Absorción en B.Tª en cascada con Compresión en A.Tª
55
T10.- Otros Ciclos de Producción de Frío
4.- Otros Ciclos (I)
Ciclo Compresión - Absorción:Tiene versatilidad de funcionamientoEnlazados en paralelo o en cascadaAbsorbedor A.T.
Generador A.T.
Intercambiador.
V. Exp. 1
V. Exp. 2Agua
calentada
Condensador A.T.
Agua a
calentar
Condensador B.T.
Evaporador B.T.
Evaporador A.T.
Compresión en B.Tª en cascada con Absorción en A.Tª
56
T10.- Otros Ciclos de Producción de Frío
4.- Otros Ciclos (II)
Magneto-Térmico (I):
0
1
2
3
4
5
0
M (A
m2 /k
g)
Paramagnetismo
Ferromagnetismo
100 200 300 400 T (K)
TCurie
1
2
3Aplicación de un campo
magnético, H
ParamagnetismoDesorden en la orientación
Alta entropíaT > TCurie
FerromagnetismoOrdenamiento de espines
Baja entropíaT < TCurie
57
T10.- Otros Ciclos de Producción de Frío
4.- Otros Ciclos (II)
Magneto-Térmico (II):
El material entra en el espacio a refrigerar
Se retira y magnetizael material
Se pone en contacto con el medio exterior
Se retira el campomagnético
El material libera caloren el exterior
El material toma calordel espacio a refrigerar
El material se sigue enfriando con el medio exterior
El materialse calienta
58
T10.- Otros Ciclos de Producción de Frío
4.- Otros Ciclos (II)
Magneto-Térmico (III):
S
T
A B
CD
H = 0
H >> 0
TA TB
Ciclo magnético de CarnotDos procesos adiabáticos (A-B y C-D) y losotros dos procesos isotermos (B-C y D-A)
S
T
AB
CD
H = 0H >> 0
TD TC
Ciclo magnético de BraytonDos procesos adiabáticos (A-B y C-D) y los otros
dos con intensidad magnética cte (B-C y D-A)
TBTA
59
T10.- Otros Ciclos de Producción de Frío
S
T
A B
CD
H = 0
H >> 0
TA TB
Ciclo magnético de CarnotDos procesos adiabáticos (A-B y C-D) y losotros dos procesos isotermos (B-C y D-A)
S
T
AB
CD
H = 0H >> 0
TD TC
Ciclo magnético de BraytonDos procesos adiabáticos (A-B y C-D) y los otros
dos con intensidad magnética cte (B-C y D-A)
TBTA
4.- Otros Ciclos (II)
Magneto-Térmico (III):
El Ciclo AMREl lecho magnético puede contener uno o más materiales,
ordenados de menor a mayor temperatura de Curie
S
T
H = 0H >> 0
Material n
Material 1Material 2
60
T10.- Otros Ciclos de Producción de Frío
61
T10.- Otros Ciclos de Producción de Frío
4.- Otros Ciclos (II)
Magneto-Térmico (III):
S
T
A B
CD
H = 0
H >> 0
TA TB
Ciclo magnético de CarnotDos procesos adiabáticos (A-B y C-D) y losotros dos procesos isotermos (B-C y D-A)
S
T
AB
CD
H = 0H >> 0
TD TC
Ciclo magnético de BraytonDos procesos adiabáticos (A-B y C-D) y los otros
dos con intensidad magnética cte (B-C y D-A)
TBTA
S
T
S
T
62
T10.- Otros Ciclos de Producción de Frío
4.- Otros Ciclos (III)
Ciclo Termo-Acústico (I):
Temperatura del extremo cerrado
Temperatura del extremo abierto
Sonido
>
63
T10.- Otros Ciclos de Producción de Frío
Ciclo Termo-Acústico (II):T
S
QFF
QFC
2
1
4
3
Foco Caliente
Foco Frío
Pila
4 3
1 2
QFF QFC
Calor
Gas
Pérdidas de calor por conducción
4.- Otros Ciclos (III)
64
T10.- Otros Ciclos de Producción de Frío
Ciclo Termo-Acústico (III):
Alta
voz
Pila
Intercambiador de calor(el calor entra)
Intercambiador de calor(el calor sale)
CalorPilaQFC
Gas
CalorPila
Gas
QFF
4.- Otros Ciclos (III)
65
T10.- Otros Ciclos de Producción de Frío
Bibliografía del Tema
E. TorrellaLa Producción de FríoEjercicios de Producción de Frío
Climatización con Gas NaturalSistemas de Absorción y CompresiónGas Natural
ASHRAE HANDBOOKS (CD`s)Fundamentals; Cap 1Refrigeration; Cap 41
66