Una bomba de calor de absorción ( AHP ) es una bomba de calor impulsada por energía térmica, como la combustión de gas natural, vapor de agua calentada con energía solar, aire o agua calentada geotérmicamente [1] [2] de manera diferente a las bombas de calor de compresión que son impulsadas por mecanismos mecánicos energía. [ cita requerida ] Los AHP son más complejos y requieren unidades más grandes en comparación con las bombas de calor de compresión. [3] En particular, la menor demanda de electricidad de tales bombas de calor está relacionada únicamente con el bombeo de líquido. [3]Sus aplicaciones se limitan a aquellos casos en los que la electricidad es extremadamente cara o se dispone de una gran cantidad de calor no utilizado a temperaturas adecuadas y cuando la potencia de refrigeración o calefacción tiene un valor mayor que el calor consumido. [3] refrigeradores de absorción también funcionan en el mismo principio, pero no son reversibles y no puede servir como fuente de calor. [ cita requerida ]
Principios de operacion
El sistema de bomba de calor está compuesto por algunas unidades principales como el generador, condensador, evaporador, absorbedor e intercambiador de calor, así como el dispositivo de succión, bomba de blindaje (bomba de solución y bomba de refrigerante). [4] En el caso más simple, también se requieren cinco intercambiadores de calor (en cada componente y un intercambiador de calor interno). [3] [4] Otros componentes incluyen intercambiadores de calor de solución, válvulas , así como el dispositivo de succión, bomba de protección (bomba de solución y bomba de refrigerante) y otras partes auxiliares. [4]
Para la circulación de la bomba de calor de absorción, el absorbedor , el generador y la bomba se pueden considerar como un "compresor térmico". El absorbedor es equivalente al lado de entrada del compresor y el generador es equivalente al lado de salida del compresor. El absorbente puede considerarse como un líquido portador que transporta el gas refrigerante generado desde el lado de baja presión del ciclo al lado de alta presión. [5]
Dado que los componentes principales de los dispositivos que logran tres propósitos son los mismos, existe una bomba de calor que le permite realizar todos los modos de trabajo: modo bomba de calor, modo enfriador y modo transformador de calor. [6] La bomba de calor de absorción se puede utilizar como enfriador durante el verano mientras que, durante el invierno, se puede utilizar en modo bomba de calor o transformador de calor según la fuente de calor disponible. [6]
El rendimiento de la bomba de calor de absorción está indicado por el coeficiente de rendimiento (COP). El COP es la relación entre el calor extraído (para refrigeración) o proporcionado (para calefacción) y la entrada de energía. En la actualidad, la temperatura máxima de su salida no supera los 150 ° C. El aumento de temperatura ΔT es generalmente de 30-50 ° C. El coeficiente de rendimiento de refrigeración es de 0,8 a 1,6, el coeficiente de rendimiento de calefacción es de 1,2 a 2,5 y el coeficiente de rendimiento de transferencia de calor es de 0,4 a 0,5. [4]
Cuando se aplican en la industria, las bombas de calor de absorción deben estar correctamente ubicadas en términos de energía y deben satisfacer las limitaciones de las características especiales del entorno. [3]
Tipos de AHP
Tipo 1: bombas de calor convencionales
Clasificados por temperatura, los AHP se pueden dividir en dos categorías. En el AHP de tipo 1, la temperatura del condensador es superior a la temperatura del evaporador [7] (también denominado amplificador de calor [8] y refrigeración [3] ). Impulsado por una fuente de calor de alta temperatura, el primer tipo de bomba de calor de absorción extrae el calor del calor residual (calor residual) y genera un medio de calor de temperatura media que es 30-60 grados Celsius más alto que el calor residual. [9] Este tipo es más común y podría ser una alternativa a las máquinas de compresión tradicionales. El coeficiente de rendimiento del primer tipo de bomba de calor de absorción es superior a 1, generalmente de 1,5 a 2,5. [4]
La bomba de calor está compuesta por los componentes principales como generadores, condensador, evaporador, absorbedor e intercambiador de calor, así como el dispositivo de succión, bomba de blindaje (bomba de solución y bomba de refrigerante), y otras piezas auxiliares. El dispositivo de extracción de aire elimina el gas no condensable en la bomba de calor y mantiene la bomba de calor siempre en un estado de alto vacío. [4]
Tipo 2: bombas de calor con transformador de calor
En el AHP de tipo 2, la temperatura del condensador es menor que la temperatura del evaporador [7] (también denominado transformador de calor [10] ). La bomba de calor de absorción tipo 2 utiliza el calor del calor residual de temperatura media de manera inteligente, emite un medio de calor de alta temperatura (vapor de agua caliente) 25-50 grados Celsius más alto que el calor residual de temperatura media. [9] La bomba de calor de absorción de tipo 2 podría ser impulsada por calor residual de bajo grado en el proceso de producción o en la naturaleza, lo que puede lograr el ahorro de energía y la reducción de emisiones y reducir los costos de producción, y tiene una aplicación práctica en las industrias petroquímica y química del carbón. . [9] El coeficiente de rendimiento del segundo tipo de bomba de calor de absorción es siempre inferior a 1, generalmente de 0,4 a 0,5. [4]
Fluidos de trabajo típicos
Se utiliza una mezcla de fluido como fluido de trabajo, las diferentes concentraciones del fluido de trabajo corresponden a diferentes temperaturas, la temperatura y la concentración del fluido de trabajo sufren un cambio cíclico. Cuando el generador recibe calor, la temperatura de la mezcla aumenta, lo que aumenta la concentración de componentes de alto punto de ebullición (absorbente) y libera el refrigerante. [3] Cuando el refrigerante se mezcla con refrigerante en el absorbedor, se libera calor. [5] Se pueden usar varios tipos de mezcla en la unidad de absorción, pero las opciones comunes son agua / bromuro de litio y amoníaco / agua. [3]
Agua y bromuro de litio (LiBr)
El agua es el refrigerante y el LiBr el medio de absorción. [1] Los sistemas de agua y LiBr tienen mayores capacidades y se aplican en una amplia gama en la industria, los tamaños varían desde decenas de kW a varios MW. [3] El primer tipo de unidad de bomba de calor de absorción de bromuro de litio es una fuente de calor de alta temperatura (vapor, agua caliente a alta temperatura, fueloil, gas) como fuente de calor de conducción, solución de bromuro de litio como absorbente y agua como el refrigerante y la fuente de calor de baja temperatura (como el agua caliente residual) se reciclan y se utilizan. [ cita requerida ]
Amoniaco y agua
El amoníaco es el refrigerante y el agua el medio de absorción. [1] En el absorbedor y generador, la absorción o efecto de la solución acuosa de amoníaco se usa para irradiar calor o absorber calor. En el evaporador y el condensador, el cambio de fase del amoníaco puro se utiliza para completar la absorción externa o la liberación de calor. [4] Como una bomba de calor tradicional, el refrigerante (amoniaco) se condensa en el condensador y luego se libera calor; la presión cae después de la unidad de expansión y el refrigerante se evapora para absorber calor. [ cita requerida ]
Las bombas de calor de amoníaco / agua se limitan esencialmente a aplicaciones residenciales porque solo están limitadas comercialmente a tamaños pequeños (unos pocos KW). [3] [11] Si el sistema absorbe calor del edificio residencial, funciona como una máquina de refrigeración; si libera calor al interior de un edificio residencial, calienta la casa. [12]
El componente clave de las bombas de calor que utilizan amoníaco y agua en el mercado hoy en día es el intercambiador de calor del absorbedor del generador (GAX), que mejora la eficiencia térmica del equipo al recuperar el calor liberado cuando el amoníaco se absorbe en el agua. [11] Otras innovaciones aplicadas a este tipo de bomba de calor incluyen separación de vapor eficiente, flujo de amoníaco variable y capacidad variable, y combustión de gas variable de capacidad de baja emisión. [11]
Fuentes de energía térmica
Solar térmica
Los ciclos de enfriamiento de absorción iterativos simples, dobles o triples se utilizan en diferentes diseños de sistemas de enfriamiento térmico solar. Cuantos más ciclos, más eficientes son. [ cita requerida ]
A finales del siglo XIX, el material refrigerante de cambio de fase más común para el enfriamiento por absorción era una solución de amoníaco y agua. Hoy en día, la combinación de bromuro de litio y agua también es de uso común. Un extremo del sistema de tuberías de expansión / condensación se calienta y el otro extremo se enfría lo suficiente como para producir hielo. Originalmente, el gas natural se utilizó como fuente de calor a finales del siglo XIX. Hoy en día, el propano se utiliza en refrigeradores de absorción de vehículos recreativos. Los innovadores colectores de energía solar térmica de agua caliente también se pueden utilizar como la moderna fuente de calor de "energía libre".
Los refrigeradores de absorción eficiente requieren agua de al menos 88 ° C (190 ° F). Los colectores solares térmicos de placa plana comunes y económicos solo producen aproximadamente 70 ° C (160 ° F) de agua, pero varios proyectos comerciales exitosos en los EE. UU., Asia y Europa han demostrado que los colectores solares de placa plana desarrollados especialmente para temperaturas superiores a 93 ° C ( 200 ° F) (con doble acristalamiento, mayor aislamiento en la parte trasera, etc.) puede ser eficaz y rentable. [13] También se pueden utilizar paneles solares de tubo de vacío. Los colectores solares de concentración necesarios para los refrigeradores de absorción son menos efectivos en ambientes cálidos, húmedos y nublados, especialmente donde la temperatura baja durante la noche y la humedad relativa son incómodamente altas. Donde el agua se puede calentar a más de 88 ° C (190 ° F), se puede almacenar y usar cuando el sol no brilla. [ cita requerida ]
Durante más de 150 años, los refrigeradores de absorción se han utilizado para hacer hielo. [14] Este hielo se puede almacenar y usar como una "batería de hielo" para enfriar cuando el sol no brilla, como sucedió en el Hotel New Otani Tokyo de 1995 en Japón. [15] Los modelos matemáticos están disponibles en el dominio público para los cálculos del rendimiento del almacenamiento de energía térmica basada en hielo. [12]
Geotermia
La tierra como un recurso de almacenamiento térmico enorme y estable, su temperatura superficial y sus aguas subterráneas también tienen amplias perspectivas de aplicación en el uso de energía, especialmente para la construcción, el ahorro de energía es de gran importancia. Usando tecnología de bomba de calor de absorción (refrigeración), se puede usar agua geotérmica de 65-90 ℃ para producir agua refrigerante de 7-9 ℃ para aire acondicionado de verano. El uso razonable de la tecnología de bomba de calor correspondiente puede lograr la utilización eficiente y completa de los recursos geotérmicos a diferentes niveles de temperatura, reduciendo en gran medida el consumo de energía para calefacción y refrigeración de edificios residenciales y comerciales. [4] El uso de agua geotérmica de 65 ℃ y superior (o calor residual / residual) para impulsar la bomba de calor de absorción para enfriar, y el tipo de bomba de calor correspondiente (calefacción / calefacción) para calefacción, puede lograr un buen ahorro de energía y económico beneficios. [4] Para fuentes de calor de baja temperatura de 15-25 ° C, impulsadas por una pequeña cantidad de fuentes de calor de alta temperatura (como vapor a alta temperatura o combustión directa), agua fría a una temperatura de 7-15 ° C y se puede preparar agua caliente a una temperatura superior a 47 ° C. 1,2,> 1,5 al calentar. [4]
Gas natural
El gas natural es una fuente de calor de uso común, por lo tanto, las bombas de calor de absorción a veces se denominan bombas de calor de gas. [11] Además, cuando otras bombas de calor de fuentes de calor (calor residual, por ejemplo) funcionan en el modo de calefacción, pueden satisfacer los requisitos de calefacción por sobrecarga de períodos muy fríos de una manera eficiente a través de calderas de gas adicionales. [6]
Calor perdido
De manera ilustrativa, el sistema de impulsión de calor residual puede cubrir cargas de enfriamiento y calentamiento operando en un modo de convertidor de calor y enfriador. Es posible que solo un dispositivo pueda proporcionar recursos al área urbana de una manera eficiente en el uso de recursos durante la mayor parte del año impulsado por el calor residual. [6]
Ver también
- Bomba de calor
- refrigerador de absorción
- unidad de transformador de calor de absorción
- Aire acondicionado solar
- Refrigeración solar térmica
Referencias
- ^ a b c "Bomba de calor de absorción / Bombas de calor industriales" . industrialheatpumps.nl . Consultado el 14 de julio de 2020 .
- ^ Romero, Rosenberg J .; Silva-Sotelo, Sotsil (2017-06-28), Mendes, Marisa Fernandes (ed.), "Evaluación energética del uso de una bomba de calor de absorción en el proceso de destilación de agua" , Destilación - Aplicaciones innovadoras y modelado , InTech, doi : 10.5772 / 67094 , ISBN 978-953-51-3201-1, consultado el 14 de julio de 2020
- ^ a b c d e f g h yo j Berntsson, Thore; Harvey, Simon; Morandin, Matteo (2013-01-01), Klemeš, Jiří J. (ed.), "5 - Aplicación de la integración de procesos a la síntesis de sistemas de servicios públicos de calor y energía, incluidas las bombas de calor industriales y de calor combinado (CHP)" , Handbook of Process Integration (PI) , Woodhead Publishing Series in Energy, Woodhead Publishing, págs. 168–200, doi : 10.1533 / 9780857097255.2.168 , ISBN 978-0-85709-593-0, consultado el 14 de julio de 2020
- ^ a b c d e f g h yo j k "吸收 式 热泵 - 暖通 空调 百科 暖通 空调 在线" . baike.51hvac.com . Consultado el 16 de julio de 2020 .
- ^ a b Shi, Wenxing .; 石文 星. (2016). Kong qi diao jie yong zhi leng ji shu = Tecnología de refrigeración para aire acondicionado . Tian, Zhangqing, Wang, Baolong, 田长青, 王宝龙 (Di 5 ed. Prohibido). Beijing: Zhong guo jian zhu gong ye chu ban she. pag. 102. ISBN 978-7-112-18904-5. OCLC 1020344515 .
- ^ a b c d Cudok, Falk y Ziegler, Felix. "CONVERTIDOR DE CALOR POR ABSORCIÓN Y EL MÉTODO DE LA ECUACIÓN CARACTERÍSTICA". Conferencia: Congreso Internacional de Refrigeración .CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
- ^ a b Rosenberg J Romero; Antonio Rodríguez-Martínez; Jesús Cerezo; W. Rivera (2011). "Comparación de transformador de calor de doble etapa con transformador de calor de doble absorción operando con agua de carrol para la recuperación de calor residual industrial". Transacciones de ingeniería química . 25 : 129-134. doi : 10.3303 / CET1125022 .
- ^ "Bomba de calor de absorción Tipo1" . industrial.hitachiaircon.com . Consultado el 14 de julio de 2020 .
- ^ a b c "万方 数据 知识 服务 平台" . d.wanfangdata.com.cn . doi : 10.3969 / j.issn.1009-8402.2018.11.016 . Consultado el 15 de julio de 2020 .
- ^ "Bomba de calor de absorción Tipo2" . industrial.hitachiaircon.com . Consultado el 14 de julio de 2020 .
- ^ a b c d "Bombas de calor de absorción" . Energy.gov . Consultado el 16 de julio de 2020 .
- ^ a b "Desarrollo de un modelo de almacenamiento de energía térmica para EnergyPlus" (PDF) . 2004. Archivado desde el original (PDF) el 11 de febrero de 2012 . Consultado el 6 de abril de 2008 .
- ^ "Refrigeración solar". Archivado el 6 de julio de 2011 en la Wayback Machine www.solid.at. Consultado el 1 de julio de 2008.
- ^ Gearoid Foley; Robert DeVault; Richard Sweetser. "El futuro de la tecnología de absorción en Estados Unidos" (PDF) . Eficiencia energética y energías renovables del DOE de EE. UU. (EERE). Archivado desde el original (PDF) el 28 de noviembre de 2007 . Consultado el 8 de noviembre de 2007 .
- ^ "El sistema de enfriamiento de hielo reduce la carga ambiental" . Las nuevas noticias de Otani . Nuevos miembros de Otani Club International. 28 de junio de 2000. Archivado desde el original el 7 de octubre de 2007 . Consultado el 3 de mayo de 2012 .
enlaces externos
- Bombas de calor de absorción ( EERE )