Coeficientes de transferencia de calor y masa para un transformador térmico por absorción experimental

RESUMEN El transformador de calor por absorción (TCA), tiene como función principal la revalorización de la energía hasta un 50% de la cantidad de la energía con la que se abastece. En este trabajo se presenta un estudio experimental de un TCA simple, que está construido por dos componentes duales; generador/condensador y evaporador/absorbedor, los cuales, están constituidos por intercambiadores de calor de tipo helicoidal anidados. Se utilizó el fluido de trabajo bromuro de litio – agua (LiBr/H2O) en un análisis de película descendiente. El estudio se dividió en tres etapas; la primera etapa consistió en realizar pruebas experimentales para la obtención de las mejores condiciones de operación de los parámetros externos, como: las temperaturas y los flujos volumétricos de calentamiento del generador y evaporador, los flujos volumétricos de enfriamiento en el condensador y absorbedor. Donde se obtuvieron potencias térmicas de 2.21, 2.57, 2.20 y 2.62 kW en el evaporador, generador, absorbedor y condensador, respectivamente; a una temperatura y flujos volumétricos de calentamiento en el generador y evaporador de 85°C y de 8 LPM, permitiendo obtener coeficientes de operación (COP) de 0.37 a 0.47. Se procedió a la segunda etapa, que consistió en evaluar los diferentes flujos másicos de la solución LiBr/H2O a diferentes concentraciones en peso, temperaturas y presiones a la entrada del generador y absorbedor. A las condiciones de operación establecidas en las pruebas experimentales se obtuvieron coeficientes globales de transferencia de calor de 301, 784, 932 y 176 W/m2°C y potencias térmicas de 2.6, 2.4, 2.3 y 2.1 en el generador, condensador, evaporador y absorbedor, respectivamente. Por último, se llevó a cabo un estudio de sensibilidad de las variables de operación involucradas en el proceso de absorción, para analizar el coeficiente de transferencia de masa. Estos parámetros son: la carga térmica, el flujo de vapor absorbido, la diferencia de concentraciones y el flujo másico de solución de LiBr/H2O entre la entrada y salida del absorbedor. Los coeficientes de masa obtenidos varían de 1.9x10-7 hasta 3.3x10-7 m/s, en un rango de flujo de vapor absorbido de 0.0028 a 0.0045 kg/m2s y en términos de coeficiente de transferencia de masa adimensional al número de Sherwood varia de 15 a 26, cuando el flujo másico de la solución entra a 54% en peso de bromuro de litio.

ABSTRACT The Absorption Heat Transformer (AHT), has as its main function the revaluation of energy up to 50% of the amount of energy with which it is supplied. In this work an experimental study of a simple AHT is presented, which is built by two dual components; generator / condenser and evaporator / absorber, which are made up of nested helical type heat exchangers. Lithium bromide-water (LiBr/H2O) working fluid was used in falling film analysis. The study was divided into three stages; the first stage consisted of carrying out experimental tests to obtain the best operating conditions for external parameters, such as: temperatures and volumetric heating flows of the generator and evaporator, volumetric cooling flows in the condenser and absorber. Where thermal powers of 2.21, 2.57, 2.20 and 2.62 kW were obtained in the evaporator, generator, absorber and condenser, respectively; at a temperature and volumetric heating flows in the generator and evaporator of 85 ° C and 8 LPM, allowing to obtain operating coefficients (COP) of 0.37 to 0.47. The second stage was carried out, which consisted of evaluating the different mass flows of the LiBr/H2O solution at different concentrations in weight, temperatures and pressures at the inlet of the generator and absorber. At the operating conditions established in the experimental tests, global heat transfer coefficients of 301, 784, 932 and 176 W/m2°C and thermal powers of 2.6, 2.4, 2.3 and 2.1 were obtained in the generator, condenser, evaporator and absorber, respectively. Finally, a sensitivity study of the operating variables involved in the absorption process was carried out to analyze the mass transfer coefficient. These parameters are: the thermal load, the absorbed vapor flow, the difference in concentrations and the mass flow of the LiBr/H2O solution between the inlet and outlet of the absorber. The mass coefficients obtained vary from 1.9x10-7 to 3.3x10-7 m/s, in a range of absorbed vapor flow from 0.0028 to 0.0045 kg/m2s and in terms of dimensionless mass transfer coefficient to the Sherwood number it varies from 15 to 26, when the mass flow of the solution enters 54% by weight of lithium bromide.