FUNDAMENTOS SISTEMAS TRITÉRMICOS EYECCION

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1 SISTEMAS TRITÉRMICOS EYECCION LAS MÁQUINAS DE EYECCIÓN FUNDAMENTOS Como en el sistema de compresión, la máquina de eyección es un sistema basado en la vaporización de un líquido a baja presión. Las funciones del compresor son realizadas ahora por: Recuperación de vapores; por medio del efecto Venturi creado por la expansión de un fluido motor, en una tobera con fuertes velocidades a su salida. Compresión; realizada por medio del cambio velocidad a presión. E. TORRELLA Pag. BASE TERMODINÁMICA ESQUEMA PLANTA COMPLETA La máquina de eyección, al ser un sistema tritérmico, se rige por la termodinámica expuesta para la máquina de absorción, concluyéndose como valor del C.O.P. COP MF T o T G - T =. T K - T o T G K en la que; T G = temperatura en generador, T K = temperatura en condensador, T = temperatura en evaporador. E. TORRELLA Pag. 3 E. TORRELLA Pag. 4

2 PROCESOS VARIACION EN PRESIÓN Y VELOCIDAD Los procesos que integran el ciclo de la máquina de eyección son: Admisión ( a ); el vapor motriz, con alta presión y temperatura se expansiona en una tobera, alcanzando una velocidad supersónica a su salida, que succiona los vapores generados en evaporador. Mezcla ( + a 4); la unión de las corrientes procedentes de tobera y evaporador dan como resultado su mezcla. Compresión (4 a 6); la necesidad de relicuación obliga al aumento de presión, que se consigue en este sistema mediante la acción combinada de: Una onda de choque; compresión irreversible por paso de régimen supersónico a subsónico. Disminución de velocidad por aumento de sección de paso en el difusor. Condensación (6 a 7); Por medio de cesión de potencia a un agente externo se consigue la licuación de la mezcla, y dado que en estos sistemas el frigorígeno utilizado es agua, son de utilización los condensadores de mezcla directa (barométricos). El ciclo se cierra con una laminación (7 a 8) de retorno a evaporador, y una alimentación a generador (7 a 9) por medio de una bomba. Tobera Mezcla Fluido motor Fluido motor Succión VELOCIDAD PRESIÓN Compresión Fluido motor Fluido succión Fluido mezcla E. TORRELLA Pag. 5 COMPRESOR TÉRMICO ESQUEMA TIPOS DE EYECTORES Única tobera Multitobera E. TORRELLA Pag. 7 Única tobera regulación

3 PROBLEMAS DE EROSIÓN CICLO DE LA MÁQUINA PERFECTA h Vapor saturado p motriz 6 pk p 4 s E. TORRELLA Pag. 9 E. TORRELLA Pag. CICLO DE LA MÁQUINA REAL CICLO REAL Diferencias con el ciclo perfecto h Vapor saturado s p motriz 6 6s s pk p p mezcla s Las pérdidas mas importantes debidas al funcionamiento real son: El estado del vapor motriz en entrada a tobera suele poseer un cierto grado de recalentamiento, con el objetivo de evitar deterioros por impacto de gotas. La expansión del vapor motriz no se produce de forma isoentrópica. La presión al término de la expansión debe ser inferior a la reinante en evaporador, lo que se debe a las pérdidas de carga en el trayecto de la corriente desde evaporador a final de mezcla. La compresión final no es reversible, debido básicamente al procesodeondadechoque. E. TORRELLA Pag. E. TORRELLA Pag.

4 PROCESO DE EXPANSIÓN PROCESO DE MEZCLA La irreversibilidad de la transformación se caracteriza mediante una eficiencia interna en la tobera. h - h t = h - hs La expansión ocasiona cambio de energía potencial a cinética, un balance energético proporciona: v v h+ = h + Considerando despreciable la velocidad de entrada: v= (h - h ) E. TORRELLA Pag. 3 Balance de cantidad de movimiento en la mezcla. En la que G es la relación de caudales de vapor motriz y procedente de evaporador. = v. + G v4 Un nuevo balance energético, en la mezcla, permite escribir G h+ h h4 = G + o v4 - E. TORRELLA Pag. 4 ONDA DE CHOQUE Balances ONDA DE CHOQUE Estado final. Conservación de materia. v4 v5 = ve4 ve5 Conservación de la energía. v4 v5 h4 + = h5 + Conservación de la cantidad de movimiento. v4 p5 - p4 =( v4 - v5 ). ve4 E. TORRELLA Pag. 5 h 5 final Curva de Fanno 4 inicio Curva de Rayleigh s E. TORRELLA Pag. 6

5 COMPRESIÓN EN DIFUSOR Eficiencia interna de la compresión en difusor. d h6s - h5 = h6 - h5 en la que h 6s se corresponde con la entalpía específica al final de compresión isoentrópica. Un nuevo balance energético, considerando velocidad nula final v5 h6 = h5 + E. TORRELLA Pag. 7 POTENCIAS Frigorífica (Útil) = m ( h - h ) Qo 8 Consumida (Calorífica) = mv ( h - h ) QG 7 Cedida en condensador =( mv + mo )( h6 - h ) QK 7 E. TORRELLA Pag. 8 COP Expresión general con lo que Qo Qo COP= Q +PB Q G mo h - h8 h - h8 COP=. =. mv h - h7 G h - h7 G POTENCIA DE BOMBEO La potencia de bombeo es despreciable frente a la de generador,5 P B /Q G 3 [Bar] 5 [Bar] 7 [Bar] 9 [Bar],4,3,, T K [ C] E. TORRELLA Pag. 9 E. TORRELLA Pag.

6 RESUMEN PROCESO CÁLCULO VARIACION DEL PARAMETRO G (RELACION CAUDALES) VAPOR MOTRIZ TOBERA CÁMARA MEZCLA PARÁMETROS ENTRADA ONDA CHOQUE SUBRUTINA TERMODINÁMICA DIFUSOR T K [ºC] SALIDA 4 SALIDA 5 FINAL 6 SALIDA 3 CONDENSADOR 7 POTENCIA Q COP POTENCIAS BOMBA Y GENERADOR Q = 45 kw; T = 5ºC; R t =,9; R d =,85 5,5,5,75,5,5 G (Relación de Caudales) = m v /m E. TORRELLA Pag. E. TORRELLA Pag. VARIACION DEL PARAMETRO G (RELACION CAUDALES) Q G [kw],,4,6,8,,4 G (Relación de Caudales) = m v /m 8 Q = 45 kw; T = 5ºC; R t =,9; R d =,85 E. TORRELLA Pag. 3 VARIACION DEL PARAMETRO G (RELACION CAUDALES),9,8,7,6,5,4,3 COP Q = 45 kw; T = 5ºC; R t =,9; R d =,85,,4,6,8,,4 G (Relación de Caudales) = m v /m E. TORRELLA Pag. 4

7 COMPRESOR TÉRMICO VISTAS CONDENSADOR. TIPOS E. TORRELLA Pag. 5 E. TORRELLA Pag. 6 INSTALACIÓN UNA ETAPA CON CONDENSADOR BAROMÉTRICO CONDENSADOR BAROMÉTRICO Condensador Barométrico Entrada agua Sist. Vacío Vapor Agua fría Compresión Evaporador Salida Simple etapa Condensador barométrico Salida Agua fría E. TORRELLA Pag. 7 E. TORRELLA Pag. 8

8 INSTALACIÓN UNA ETAPA CON CONDENSADOR DE SUPERFICIE FLASH TANK. EVAPORADOR Intercambiador Tubular I Vapor Vapor Agua fría Compresión Evaporador Intercambiador Tubular II Eyector Vacío I Vapor Eyector Vacío II Salida Agua fría Simple etapa Condensador de superficie E. TORRELLA Pag. 9 E. TORRELLA Pag. 3 COMPRESOR TÉRMICO INST. COMPLETA COMPRESOR TÉRMICO Eyector Generador vapor Evaporador Condensador E. TORRELLA Pag. 3 E. TORRELLA Pag. 3

9 MULTIETAPA APROVECHAMIENTO CALOR RESIDUAL A EVAPORADOR Q Q A TOBERA APORTE SUPLEMENTARIO APORTE GRATUITO BOMBA CONDENSADOR E. TORRELLA Pag. 33 E. TORRELLA Pag. 34 CONCENTRACION DE ZUMOS MULTIETAPA 983 GUSTAV LORENTZEN EYECTOR EN CO Lorentzen (983) present un ciclo de refrigeración para el CO en regimen transcrítico en el que el trabajo de expansion recuperado por un eyector se utilizaba para el bombeo de líquido (recirculación) que aumentaba la eficiencia del evaporador. E. TORRELLA Pag. 35 E. TORRELLA

10 CICLO CO CON EYECTOR (DENSO-COCHES) E. TORRELLA Pag. 37

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