CHAPTER 2. VECTOR AUTOREGRESSION WITH VARIED FREQUENCY
3.6 Simulation studies
2.6.1. Configuraciones de absorbedores
El rendimiento global de un ciclo de refrigeración por absorción se ve afectado en gran medida por el proceso de transferencia de calor y de masa que ocurre en el absorbedor, en el cual el vapor de refrigerante es absorbido por el absorbente. Así, la capacidad de una máquina de absorción es función directa de la cantidad de refrigerante que puede ser absorbida por el absorbente. Por lo tanto, el corazón de una máquina de refrigeración por absorción es el absorbedor. Las características del absorbedor tienen efectos significativos en la eficiencia global, tamaño y el costo del sistema.
Por otra parte, el absorbedor es el componente de mayor tamaño en el equipo de absorción y generalmente su diseño se basa en reglas experimentales que normalmente llevan a un diseño sobredimensionado, resultando en consecuencia un equipo costoso y pesado (Miller, 1999). Durante el proceso de absorción ocurre la condensación y disolución del refrigerante en la solución, transfiriéndose calor y masa entre las fases líquida y gaseosa. Este proceso es exotérmico por lo cual se produce liberación de calor. El diseño del absorbedor debe contemplar suficientes superficie de intercambio de calor con el medio de enfriamiento externo para poder disipar el calor liberado y además un adecuado diseño que aumente la superficie de contacto entre las fase líquida y gaseosa. Asimismo, el diseño del absorbedor debe conseguir una pequeña caída de presión en las fases líquida y vapor. En este aspecto muchas investigaciones teóricas (Andberg y Vliet, 1983, 1987; Conlisk y Mao, 1996; Jeong y Garimella, 2002; Auracher et al., 2008) y experimentales (Burdukov et al., 1980; Consenza y Vliet 1990, Hoffman et al., 1996, Deng y Ma, 1999) se han llevado a cabo para entender el complejo fenómeno de transferencia de calor y de masa.
Se han desarrollado varios diseños de absorbedores. La descripción de los diseños más relevantes se han presentado por varios autores (Pachhapur y Rane, 1998; Vallès, 2000; Killion y Garimella, 2001; Goel, 2005 y Sirisha, 2005). En general, los absorbedores pueden ser clasificados según el modo en que la fase gaseosa entra en contacto con la fase líquida (Vallès, 2000; Goel, 2005). De acuerdo a este criterio, los absorbedores pueden ser divididos en dos amplias categorías, absorbedores de modo continuo y absorbedores en modo discontinuo. En general, en los absorbedores que operan en modo continuo, el líquido desciende a través del absorbedor y el vapor fluye en una fase continua, mientras que en el modo discontinuo, el líquido fluye en una fase continua, pero el vapor se dispersa en ella en forma de burbujas (flujo discontinuo). Entre los diseños de absorbedores que operan con un flujo continuo de la fase gaseosa, se encuentran absorbedores de columna de empaques y los absorbedores de película descendente. Por otra parte, uno de los diseños de absorbedor que opera en modo discontinuo es el absorbedor de burbuja. A partir de estos diseños un gran número de investigadores han planteado variaciones para mejorar los procesos de transferencia de calor y de masa. Algunas modificaciones consideran la incorporación de superficies avanzadas y aletas, y el uso de aditivos para aumentar el rendimiento del absorbedor. Otro criterio de clasificación de los diseños de absorbedores considera el método de disipación del calor, entre ellos: absorbedores enfriados por agua y por aire (Goel, 2005). Los absorbedores enfriados por agua son la opción más común, en ellos se consigue altos coeficientes de transferencia de calor debido al elevado calor específico y la conductividad térmica del agua, y, en consecuencia, el tamaño del absorbedor se puede reducir significativamente. Sin embargo, requiere del uso de torres de
enfriamiento para disminuir la temperatura del agua y luego volver a circularla a través del absorbedor. Por otra parte, los absorbedores enfriados por aire eliminan la necesidad de un medio de enfriamiento externo para disipar el calor del absorbedor, pero tiene la desventaja que la diferencia de temperatura entre el aire y la solución es elevado, por lo cual no se consigue altos coeficientes de transferencia de calor y esto conduce a un mayor tamaño del absorbedor.
2.6.2. Absorbedores de película descendente
La mayoría de los equipos de absorción comerciales utilizan este tipo de absorbedores esencialmente porque son de fácil construcción y proporcionan una pequeña pérdida de presión. El principio de funcionamiento de los absorbedores de película descendente consiste en una serie de superficies de transferencia de calor, tales como tubos verticales, horizontales o placas, donde se produce el mecanismo de disipación continua de calor de la solución líquida que desciende. El calor de absorción se disipa a través de un fluido de enfriamiento. Por lo tanto, las superficies de transferencia de calor tienen doble finalidad, en primer lugar proporcionan un contacto directo entre la solución y el vapor, y en segundo lugar, consiguen el contacto indirecto entre la solución y el fluido de enfriamiento. La solución absorbente desciende por gravedad formando una película sobre la superficie de tubos o placas y el vapor fluye en co-corriente o en contra- corriente a la solución mientras es absorbido por la película de líquido. En el caso de los absorbedores de tubos horizontales, el calor de absorción es disipado por el fluido de enfriamiento que circula por el interior de los tubos.
La ventaja principal de los absorbedores de película descendente es su baja caída de presión tanto en la fase gaseosa como en la fase líquida. Sin embargo, este diseño de absorbedor tiene ciertas dificultades, presenta problemas de mojado de las superficies de transferencia de calor y requiere de una buena distribución de la solución en la parte superior del haz de tubos. Los distribuidores de líquido son necesarios para distribuir uniformemente la solución concentrada sobre las superficies de transferencia de calor. Existen diversos tipos de absorbedores de película descendente dependiendo de la disposición de la superficie sobre la que desciende la película de solución. La película descendente puede formarse en las superficies internas o externas de los tubos o placas. Sin embargo, el diseño más utilizado en los equipos comerciales consiste en un haz de tubos dispuestos horizontalmente en el interior de una carcasa. Otra configuración común consiste en colocar dos tubos concéntricos en posición vertical, de manera que la solución forma una película que desciende sobre la superficie externa del tubo interno en permanente contacto con el vapor que se distribuye ocupando el espacio anular entre el tubo exterior y el interior (Kim et al., 1995; Medrano et al., 2002). El fluido de enfriamiento circula por el interior del tubo interno, generalmente en sentido ascendente. Una comparación entre absorbedores de tubos verticales y horizontales fue investigada experimentalmente por Burdukov et al. (1980).
Con el fin de mejorar el funcionamiento de los absorbedores convencionales de película descendente sobre tubos horizontales, se han propuesto diferentes estructuras superficiales de los tubos para mejorar el mojado de la superficie, el mezclado de la solución y los coeficientes de transferencia de calor y de masa.