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