Sist. Adsorcion

Revista Iberoamericana de Ingeniería Mecánica. Vol. 9, N.º 2, pp. 31-37, 2005

ESTUDIO Y MODELIZACIÓN DE SISTEMAS DE CLIMATIZACIÓN CON ADSORCIÓN
JESÚS GUALLAR PARACUELLOS, ISABEL LORENTE CALVO
Universidad de Zaragoza, Departamento de Ingeniería Mecánica Grupo de Ingeniería Térmica y Sistemas Energéticos María de Luna s/n, 50018 Zaragoza, España (Recibido 2 de abril de 2004, para publicación12 de julio de 2004)

Resumen – Este trabajo estudia la producción de frío mediante adsorción, es un procedimiento de refrigeración o climatización cada vez más utilizado, y tiene ventajas con respecto a otros sistemas convencionales de climatización: tecnología limpia y sencilla, y no cuenta con partes mecánicas. Se analizan las teorías que describen el fenómeno de adsorción [1], y lasecuaciones propuestas se ajustan a las condiciones de operación y a cada par de adsorbente-adsorbato.

1. INTRODUCCIÓN La adsorción es un proceso reversible mediante el cual un gas es fijado en un sólido, habitualmente un material poroso. El sólido que adsorbe es el adsorbente y el material gaseoso adsorbido en la superficie es el adsorbato. También es un proceso exotérmico, el calor es debido a lacondensación del adsorbato más la energía generada en la unión adsorbente-adsorbato. A su vez, la desorción es el proceso inverso de la adsorción y constituye un proceso endotérmico. Estas características presentadas por el fenómeno de la adsorción/desorción, son las que hacen que pueda ser aplicado a los sistemas de climatización [2, 4]. La unidad básica de refrigeración por adsorción consisteprincipalmente en: uno o varios adsorbedores, un condensador, una válvula de expansión y un evaporador. El ciclo de refrigeración por adsorción básico consta de cuatro etapas, que se describen a continuación, y que aparecen en la Figura 1: 1ª etapa: Calentamiento + presurización (Proceso A-B) El adsorbedor recibe calor (QHS) de una fuente externa mientras permanece cerrado. La temperatura del adsorbenteaumenta, lo cual provoca que la presión del adsorbato gas en el sólido aumente desde la presión de evaporación, Pe hasta la de condensación, Pc. Estas dos presiones se pueden considerar constantes y vienen determinadas por sus respectivas temperaturas de evaporación y condensación, Te y Tc. 2ª etapa: Calentamiento y desorción + condensación (Proceso B-C) A lo largo de este proceso, el adsorbedorcontinúa recibiendo calor y está conectado al condensador, el cual determina su presión. La temperatura del adsorbente sigue aumentando, con lo que la presión del adsorbato sigue aumentando también, hasta que llega un momento en el que supera la presión del condensador, y esta diferencia de presiones hace que el adsorbato sea desorbido en forma de vapor para ser licuado posteriormente en elcondensador. Éste cede calor al exterior a una temperatura intermedia. 3ª etapa: Enfriamiento + despresurización (Proceso C-D) El adsorbedor libera calor(QCS) mientras permanece cerrado y la temperatura del adsorbente comienza a disminuir, provocando que la presión disminuya desde el valor de condensación al de evaporación.

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J. Guallar, I. Lorente

Fig. 1. Diagrama de Clapeyron y esquema deoperación del ciclo básico de refrigeración por adsorción.

4ª etapa: Enfriamiento y adsorción + evaporación (Proceso D-A) En esta última etapa, es donde se va a obtener el efecto útil, es decir, la refrigeración. El adsorbedor continúa cediendo calor, ahora conectado con el evaporador, que determina su presión. La temperatura del adsorbente disminuye de manera que baja también la presión hastaque es menor que la presión de evaporación y provoca que el adsorbato sea adsorbido de nuevo por el adsorbente. Para ello, el adsorbato va a necesitar de un calor que le permita evaporarse y poder ser adsorbido. Este calor se obtiene en el evaporador, del material que se halle en este, la mayoría de las veces agua, que al ceder su calor al adsorbato se enfriará hasta llegar incluso a congelarse, y...