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Propiedades Termofísicas de nuevos fluidos de trabajo (H2O+LiBr+LiNO3+LiC1, NH3+H2O y NH3+H2O+KOH) para sistemas de refrigeración por absorción

by Salavera Muñoz, Daniel

Abstract (Summary)
Resumen El incremento de la demanda energética, que acompaña al crecimiento experimentado por la economía mundial en las últimas décadas, obliga a la búsqueda de tecnologías más eficientes que permitan mitigar los efectos negativos que sobre el medio ambiente causa este crecimiento. En España, una de las principales demandas energéticas se produce en los meses estivales, debido al aumento de aparatos de aire acondicionado. Para reducir esta demanda, la refrigeración por absorción activada por energía solar o calor residual se presenta como una de las opciones más interesantes de cara al futuro. Los fluidos de trabajo convencionales (agua + bromuro de litio y amoniaco + agua) presentan una serie de inconvenientes: la limitada solubilidad y elevada corrosividad del bromuro de litio, y la necesidad de rectificación para la separación de la mezcla amoniaco + agua que determinan las propias limitaciones del uso de estos sistemas. La adición de otros componentes puede paliar estos inconvenientes y mejorar así las prestaciones del ciclo. Así, el uso de sales de litio (cloruro, nitrato y ioduro) pueden reducir la corrosividad y aumentar la solubilidad del bromuro de litio, y el uso de hidróxidos alcalinos (de sodio y de potasio) aumentan la volatilidad relativa de la mezcla NH3+H2O y facilitar así la separación de ambos a la salida del generador. La información existente respecto a las propiedades termofísicas de estas nuevas mezclas es insuficiente para una precisa simulación del ciclo de absorción, por lo que el objetivo de este trabajo ha sido completar el estudio de las propiedades termofísicas más características de cada mezcla, así como la adaptación y puesta en marcha de los dispositivos y técnicas experimentales para realizar dicho trabajo. Para la mezcla H2O + (LiBr + LiNO3 + LiCl + LiI) se ha determinado experimentalmente la solubilidad, la capacidad calorífica y la densidad. La primera se ha llevado a cabo por medio de dos métodos politérmicos, uno visual y otro calorimétrico, este último por medio de un calorímetro Calvet. Este mismo calorímetro fue utilizado para la determinación experimental de las capacidades caloríficas a presión constante de las disoluciones acuosas por medio de un método incremental. Finalmente, las densidades de las disoluciones fueron determinadas por medio de un densímetro de precisión de tubo vibrante. Para las mezclas NH3 + H2O + NaOH y NH3 + H2O + KOH se ha realizado un estudio teórico-experimental del equilibrio líquido-vapor, a partir de las medidas de presión de vapor por el método estático a distintas composiciones y temperaturas de diferentes mezclas, determinandose la composición de las fases en equilibrio a través del método de Barker adaptado para sistemas ternarios. Además, los resultados se han correlacionado mediante el método Electrolyte-NRTL. Asimismo, se han determinado experimentalmente y correlacionado en función de la temperatura y composición las capacidades caloríficas a presión constante y las densidades de las disoluciones por el método calorimétrico y de tubo vibrante, respectivamente. Summary The increase of the power demand, that accompanies to the experienced growth by the world economy in the last decades, forces the search of more efficient technologies which allow to mitigate the negative effects that on the environment this growth causes. In Spain, one of the main power demands happen in the summer months, due to the increase of air conditioning apparatuses. In order to reduce this demand, absorption refrigeration systems driven by solar energy or waste heat comes up as one of the most interesting options with the view to the future. The conventional working fluids (water + lithium bromide and ammonia + water) show some disadvantages: limited solubility and high corrosivity of the lithium bromide, and the necessity of rectification for the separation of the mixture ammonia + water that determine the own limitations of the use of these systems. The addition of other components can to alleviate these disadvantages and improving like this the performance of the cycle. Thus, the use of lithium salts (chloride, nitrate and iodide) can to reduce the corrosivity and increasing the solubility of the lithium bromide, and the use of alkaline hydroxides (of sodium and potassium) increasing the volatileness relative of mixture NH3+H2O and to facilitate the separation of both in the exit of the generator. The information with respect to the thermophysical properties of these new mixtures is insufficient for one precise simulation of the absorption cycle, reason why the objective of this work has been to complete the study of the more characteristic thermophysical properties of each mixture, as well as the adaptation and experimental beginning of the devices and techniques to make this work. For the mixture H2O + (LiBr + LiNO3 + LiCl + LiI) solubility, heat capacity and density have been determined experimentally. The first has been carried out by means of two polythermal methods, one visual and another calorimetric, this last one by means of a Calvet calorimeter. This same calorimeter was used for the experimental determination of the heat capacities to constant pressure of the watery dissolutions by means of an incremental method. Finally, the densities of the dissolutions were determined by means of an accurate vibrating tube densimeter. For the mixtures NH3 + H2O + NaOH and NH3 + H2O + KOH a theoretical-experimental study of the liquid-vapor equilibrium has been made, from the measures of vapor pressure by the static method to different compositions and temperatures from different mixtures, determining the composition of the equilibrium phases through the method of Barker adapted for ternary systems. In addition, results have been correlated by means of the Electrolyte-NRTL method. Also, heat capacities to constant pressure and densities have been determined experimentally and correlated based on the temperature and composition of the dissolutions, by the calorimetric method and of vibrating tube, respectively. Resum Lincrement de la demanda energètica, que ha acompanyat el creixement experimentat per leconomia mundial en les últimes dècades, fa necessària la recerca de tecnologies més eficients que permetin reduir els efectes negatius que aquest creixement efectua sobre el medi ambient. A lestat espanyol, les puntes més elevades de demanda energètica es produeix durant lestiu, degut a laugment daparells daire condicionat. Per a reduir aquesta demanda, la refrigeració per absorció activada per energia solar o calor residual es presenta com una de les opcions més interessants de cara al futur. Els fluids de treball convencionals (aigua + bromur de liti i amoníac + aigua) presenten una sèrie dinconvenients: la limitada solubilitat i elevada corrosivitat del bromur de liti, y la necessitat de rectificació per a la separació de la mescla amoníac + aigua que determinen les pròpies limitacions de lús de aquests sistemes. Laddició daltres components pot minorar aquests inconvenients i millorar així les prestacions del cicle. Així, lús de sales de liti (clorur, nitrat i iodur) poden reduir la corrosivitat i augmentar la solubilitat del bromur de liti, i la utilització dhidròxids alcalins (de sodi i de potassi) augmenten la volatilitat relativa de la sistema NH3+H2O i faciliten la separació de ambdós a la sortida del generador. La informació existent respecte a les propietats termofísiques daquests nous sistemes és insuficient per una precisa simulació del cicle dabsorció, per la qual cosa lobjectiu daquest treball ha estat completar lestudi experimental de les propietats termofísiques més característiques de cada mescla, així com ladaptació i posada en marxa dels dispositius i tècniques experimentals per a realitzar aquest treball. Per al sistema H2O + (LiBr + LiNO3 + LiCl + LiI) shan determinat experimentalment la solubilitat, la capacitat calorífica i la densitat. La primera daquestes propietats sha mesurat fent servir dos mètodes politèrmics, un de visual i laltre calorimètric, aquest últim por medi de un calorímetre Calvet. Aquest calorímetre també va ser utilitzat per la determinació experimental de les capacitats calorífiques a pressió constant de les dissolucions aquoses fent servir un mètode incremental. Finalment, les densitats de les dissolucions es van determinar fent servir un densímetre de precisió de tub vibrant. Pels sistemes NH3 + H2O + NaOH y NH3 + H2O + KOH sha realitzat un estudi teòric-experimental de lequilibri líquid-vapor. A partir de les mesures de pressió de vapor pel mètode estàtic a distintes composicions i temperatures dels diferents sistemes sha determinat la composició de les fases en equilibri a través del mètode de Barker adaptat per a sistemes ternaris. A més a més, els resultats shan correlacionat fent servir el mètode Electrolyte-NRTL. Tanmateix shan determinat experimentalment i correlacionat en funció de la temperatura i composició les capacitats calorífiques a pressió constant i las densitats de les dissolucions emprant el mètode calorimètric i de tub vibrant, respectivament.
Bibliographical Information:

Advisor:Coronas Salcedo, Alberto; Esteve Agustench, Xavier

School:Universitat Rovira i Virgili

School Location:Spain

Source Type:Master's Thesis

Keywords:departament d enginyeria química

ISBN:

Date of Publication:07/28/2005

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