A pesar de las ventajas que ofrecen los sistemas de refrigeración por absorción, su utilización
está muy por debajo de su potencial técnico y económico. El fluido de trabajo convencional
H2O/LiBr presenta serios problemas de corrosión y descomposición térmica a temperaturas
mayores de 150ºC. Por este motivo, se propone el desarrollo de absorbentes que no sean
corrosivos, sean estables térmicamente y permitan aprovechar al máximo el nivel de
temperatura de fuentes de calor de alta temperatura. El objetivo de este trabajo es estudiar la
solución acuosa de: LiNO3+KNO3+NaNO3 con composición másica porcentual de sales 53, 28 y
19 respectivamente, llamada “Alkitratos”, como fluido de trabajo en enfriadoras de absorción,
que utilicen H2O como refrigerante, en configuraciones de triple-efecto capaces de operar a
temperaturas de hasta 260ºC. En una primera etapa, se ha realizado la determinación
experimental, estimación y modelización de las propiedades termofísicas de varias soluciones
acuosas de nitratos y nitritos alcalinos con el fin de crear una base de datos de las propiedades
termofísicas. Posteriormente, se ha realizado la simulación de la configuración del ciclo
denominada “Ciclo con etapa de alta temperatura con Alkitratos” usando el programa de
simulación ABSIM (Advanced Modular Simulation of Absorption Systems). Este ciclo muestra
una eficiencia ligeramente superior en comparación con el ciclo de triple-efecto con H2O/LiBr a
temperaturas del generador mayores de 180ºC, sin los problemas de inestabilidad térmica y
corrosión que se presentan en el ciclo con H2O/LiBr por encima de 150ºC. Posteriormente, se ha
diseñado y construido un dispositivo experimental para el estudio del proceso de absorción de
los Alkitratos en un absorbedor de película descendente sobre tubos horizontales en las
condiciones de operación de un ciclo de refrigeración por absorción con accionamiento a alta
temperatura. Se ha llevado a cabo un estudio de sensibilidad de las variables de operación y se
han evaluado una serie de parámetros de eficiencia del absorbedor. A las condiciones de
operación establecidas en las pruebas experimentales, los valores obtenidos del flujo de vapor
absorbido se encuentran en el rango de 2.83-6.55 g.m-2.s-1, el coeficiente de transferencia de
calor de la película descendente varía entre 631.9 y 1715.8 W.m-2.ºC-1, mientras que el
coeficiente de transferencia de masa se encuentra en el rango de (2.1-6.0)x10-5 m.s-1. A partir de
la base de datos experimentales obtenida se ha desarrollado un modelo de redes neuronales
artificiales (RNA) para la determinación de los parámetros de eficiencia del absorbedor. Los
resultados mostraron un buen ajuste entre los datos experimentales y calculados, lo cual indica
que el modelo RNA es efectivo para determinar los parámetros de eficiencia del absorbedor. Por
último, se ha desarrollado un modelo físico del absorbedor de tubos horizontales de película
descendente que utiliza los Alkitratos como fluido de trabajo, que acopla los procesos de
transferencia de calor y de masa, y además integra tres regímenes de flujo (formación de gota,
caída de gota y película descendente) y predice el desempeño del absorbedor en diferentes
condiciones de operación. / Despite its huge potential for energy savings and low environmental impact, the use of
absorption refrigeration systems is well below its technical and economic potential. The
conventional working fluid H2O/LiBr has serious problems regarding corrosion and thermal
decomposition at temperatures above 150°C. For this reason, we propose the development of
absorbents suitable to triple-effect absorption refrigeration cycles. These absorbents should be
non-corrosive, thermally stable, and allow taking advantage of the thermal potential of high
temperature heat sources. The objective of this work is to study the solutions of alkaline nitrates,
LiNO3+KNO3+NaNO3 with a percentage mass composition in salts of 53, 28 and 19%,
respectively, called “Alkitrate”, as a new working fluid for absorption chillers using water as
refrigerant in triple-effect configurations that can operate up to temperatures of about 260°C. In
a first stage, experimental measurement, estimation and modelling of the thermophysical
properties of aqueous alkaline nitrate and nitrite solutions were carried out in order to create an
experimental database of thermophysical properties. Subsequently, the absorption cycle
configuration called "Alkitrate topping cycle" was simulated using the ABSIM (Advanced
Modular Simulation of Absorption Systems) program. The Alkitrate topping cycle showed a
slightly higher efficiency as compared to the LiBr/H2O triple-effect cycle at generator
temperatures above 180ºC, without the problems related to thermal stability and corrosion of
H2O/LiBr at temperatures higher than 150ºC. Subsequently, an experimental set-up was
designed and built-up to study the absorption process with Alkitrate as working pair in a
horizontal falling film absorber at operating conditions of interest for absorption refrigeration
cycles driven by high temperature heat sources. Then, a sensitivity study was conducted and the
trends of absorber efficiency parameters were evaluated. At the operating conditions used in the
experiments, the values achieved for the absorption mass flux were in the range 2.83-6.55 g.m-
2.s-1, the solution-side heat transfer coefficient ranged from 631.9 to 1715.8 W.m-2.ºC-1, while
the mass transfer coefficient was in the range (2.1-6.0)x10-5 m.s-1. Based on the experimental
data base achieved from the experimental set-up, a model that uses artificial neural networks
(ANN) for predicting the absorber efficiency parameters in a horizontal falling film absorber
was developed. The results showed a good agreement between experimental and calculated
data, indicating that the use of ANN is an effective technique for predicting the absorber
efficiency parameters. Finally, a physical model of a horizontal tubes falling film absorber with
Alkitrate, involving coupled heat and mass transfer processes was developed. The mathematical
model integrates three solution flow regimes (drop formation, droplet fall, and falling film) and
predicts the absorber performance at different operating conditions.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:TDX_URV/oai:www.tdx.cat:10803/119541 |
| Date | 27 February 2013 |
| Creators | Álvarez Bermúdez, Maria Eugenia |
| Contributors | Bourouis Chebata, Mahmoud, Universitat Rovira i Virgili. Departament d'Enginyeria Mecànica |
| Publisher | Universitat Rovira i Virgili |
| Source Sets | Universitat Rovira i Virgili |
| Language | Spanish |
| Detected Language | Spanish |
| Type | info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/publishedVersion |
| Format | 300 p., application/pdf |
| Source | TDX (Tesis Doctorals en Xarxa) |
| Rights | ADVERTIMENT. L'accés als continguts d'aquesta tesi doctoral i la seva utilització ha de respectar els drets de la persona autora. Pot ser utilitzada per a consulta o estudi personal, així com en activitats o materials d'investigació i docència en els termes establerts a l'art. 32 del Text Refós de la Llei de Propietat Intel·lectual (RDL 1/1996). Per altres utilitzacions es requereix l'autorització prèvia i expressa de la persona autora. En qualsevol cas, en la utilització dels seus continguts caldrà indicar de forma clara el nom i cognoms de la persona autora i el títol de la tesi doctoral. No s'autoritza la seva reproducció o altres formes d'explotació efectuades amb finalitats de lucre ni la seva comunicació pública des d'un lloc aliè al servei TDX. Tampoc s'autoritza la presentació del seu contingut en una finestra o marc aliè a TDX (framing). Aquesta reserva de drets afecta tant als continguts de la tesi com als seus resums i índexs., info:eu-repo/semantics/openAccess |
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