Krylov Subspace Methods

Debido que las presiones de trabajo de estos ciclos vienen fijadas por las temperaturas de condensación y evaporación del amoniaco, las cuales llegan a ser de 15 bar y 3 bar correspondiente a una temperatura de condensación y evaporación de 40 ºC y -10 ºC, respectivamente, las relaciones de presiones del ciclo corresponden a valores entre 3 y 5. Como se vio en los apartados anteriores la mejor configuración posible de expansores a utilizar cuando se tienen estas relaciones de presión es mediante una sola etapa de expansión. No obstante, si se desea aumentar la producción de potencia mecánica se deben utilizar diferentes expansor asociados en paralelo o expansores que tengan mayor desplazamiento volumétrico por revolución. En la Figura 5-22 se presenta la influencia del tamaño del expansor en la potencia mecánica, rendimiento isentrópico global del expansor, rendimiento efectivo de la primera ley y rendimiento térmico del ciclo, cuando el ciclo opera a diferentes temperaturas de generación (entre 90 ºC y 130 ºC).

Para realizar esta simulación se fijó la capacidad de refrigeración del ciclo en 20 kW, temperatura del sumidero de 30 ºC y evaporación de -10 ºC, utilizando la mezcla de trabajo NH3/LiNO3 y diferentes expansores Sanden TRSA05, TRSA09 y TRSA012

(a) (b) (c) (d) 2.0 4.0 6.0 8.0 W n et [k W ]

Qgen = 100 kW, Tsumidero = 30 ºC, Tevap = -10 ºC, Nexp =83.3 Hz

TRSA012 TRSA09 TRSA05

0.5 0.6 0.7 0.8 hs,g lo b al [ -] 6.0 8.0 10.0 12.0 hI,ef f [ -] 90.0 100.0 110.0 120.0 130.0 10.0 20.0 30.0 hther m [ -] Tgenerador [ºC]

Figura 5-22. Influencia del desplazamiento volumétrico del expansor en la (a) potencia mecánica, (b) rendimiento isentrópico del expansor, (c) rendimiento efectivo de la primera ley y (b)

rendimiento térmico.

Los resultados obtenidos muestran que el utilizar expansores que desplazan una mayor cantidad de amoniaco favorece la producción de potencia mecánica, ya que expanden una mayor cantidad de caudal másico de amoniaco para producir la potencia mecánica, además el utilizar expansores de mayor desplazamiento favorece el rendimiento isentrópico global del expansor.

5.6.

Conclusiones

En este capítulo se realizó un estudio teórico sobre la integración del expansor scroll en dos tipos de ciclos de absorción que producen potencia mecánica y refrigeración. En el primer tipo de ciclo corresponde al caso en que el sistema de producción de potencia mecánica (expansor) y el sistema de producción de frio (enfriador) se encuentran asociados en serie y utilizan la misma corriente de amoniaco. El segundo tipo de ciclos es cuando se produce la potencia mecánica y refrigeración en paralelo, concluyendo que este tipo de ciclos pueden adaptarse mejor a la necesidad de potencia mecánica y refrigeración, ya que pueden producir solo potencia, solo refrigeración o ambas de forma simultánea.

En los ciclos que utilizan la mezcla NH3/H2O, aumentar la concentración del vapor de

amoniaco y evitar el proceso de recalentamiento del vapor que entra al expansor es beneficioso para la producción de frio.

El uso de mezclas que utilizan absorbentes no volátiles (NH3/LiNO3 y NH3/NaSCN)

evita el proceso de rectificación del vapor de amoniaco que sale del generador y requiere menores temperaturas de activación del ciclo. Sin embargo la temperatura del amoniaco que entra al expansor es igual a la de generación del vapor de amoniaco, haciendo que el ciclo no pueda llegar a producir refrigeración alguna.

El aumentar el tamaño de los expansores aumenta la producción de potencia mecánica y producción de frio del ciclo.

Cuando se tienen relaciones de presión de los ciclos superiores a 5.0, se recomienda utilizar dos etapas de expansión, ya que mediante estas se logra obtener mayores rendimientos isentrópicos globales del sistema de expansión que utilizando únicamente una sola etapa de expansión.

Debido que utilizar expansores más grandes favorece el rendimiento isentrópico global de estos y también aumenta la producción de potencia mecánica, se propuso utilizar un expansor TRSA012 en la primera etapa de expansión y dos expansores TRSA012 asociados en paralelo en la segunda etapa de expansión, observándose que con esta configuración se podían llegar a obtener potencias mecánicas en torno a 29 kW con un rendimiento isentrópico global de la configuración del 77%.

Cuando se tienen asociaciones de expansores, las prestaciones de estas son dependientes de la relación de presiones y frecuencia de giro del expansor de la primera etapa d expansión, concluyendo que a través de un proceso de maximización del rendimiento isentrópico global se determinan las magnitudes de estas variables. Las presiones de operación de este tipo de ciclos vienen fijadas por las temperaturas de evaporación y condensación del ciclo, lo cual hace que las presiones de operación del ciclo estén en el rango de 15 a 11 bar en la condensación y de 3 a 5 bar en la evaporación, concluyendo que para estos ciclos se puede utilizar únicamente una sola etapa de expansión.

El fluido de trabajo juega un papel fundamental en las prestaciones del ciclo, ya que utilizando las mezclas NH3/LiNO3 y NH3/NaSCN se obtienen mejores temperaturas

temperaturas de evaporación más bajas, lo cual permite utilizar este tipo de ciclos en aplicaciones solares, con disipación de calor seca y trabajar a temperaturas de evaporación relativamente bajas.

Debido que la relación de presiones de estos ciclos viene limitada por las temperaturas de condensación y evaporación, no se considera utilizar varias etapas de expansión, sin embargo si se requiere producir más potencia mecánica se deben utilizar expansores con mayor desplazamiento volumétrico o expansores asociados en paralelo.

Capítulo 6