Efecto de la Presin en la absorcin en un sistema amoniaco-aguaPor: Quionez Plaza Analy

y Este estudio se inspira en la necesidad de fomentar el uso de

refrigerantes ambientalmente amigables debido al gran desgaste que la capa de ozono ha estado sufriendo en los ltimos aos.y Un ejemplo de un refrigerante amigable ecolgicamente es la

mezcla amoniaco-agua en los ciclos de refrigeracin. El amoniaco y el agua son sustancias naturales sin efectos para la capa de ozono.y sta mezcla tiene muchas aplicaciones en los procesos

industriales, geotrmicos y ambientales, adems puede ser usada como sustituto de los CFCs en ciclos de refrigeracin.

y El progreso y desarrollo de las tecnologas de absorcin estn

bsicamente relacionados con el entendimiento de la transferencia de masa y calor dentro de los componentes de una mquina de absorcin.

Existen muchos artculos acerca de la mezcla amoniacoagua y ste artculo hace referencia a 7 de ellos.y Ferrario M. Haughney: simulacin dinmica-molecular de mezclas y y y y y y

acuosas: metanol, acetona y amoniaco. Anlisis experimental en modo burbuja en un absorbedor de platos Mejora de la transferencia de calor por la conveccin de marangon en un proceso de absorcin amoniaco-agua. Anlisis de la absorcin de vapor de amoniaco en una mezcla amoniaco-agua: difusin de flujos msicos (erika) Transferencia de calor y masa durante la absorcin de amoniaco en una mezcla amoniaco-agua. Mtodo analtico en problemas inversos de transferencia de calor usando las tcnicas de transformada de Laplace Formulacin de energa libre de Helmholtz de las propiedades termodinmicas de una mezcla amoniaco+agua.

y En el estudio del 4to artculo mencionado, se estudia la absorcin

de vapor de amoniaco en una mezcla amoniaco agua a distintas fracciones de amoniaco con un (P=50 kpa. Se propuso la siguiente ecuacin (1) para predecir la cantidad de amoniaco absorbido en la solucin de amoniaco para un rango de concentraciones que va desde 0 hasta 0.82 gNH3/gsln, al mismo (P.

y Con una k=0.26 y N=2.

y El presente artculo tiene como objetivo mejorar esta

ecuacin mediante la inclusin del efecto de la diferencia de presin inicial en la tasa de absorcin y as desarrollar una ecuacin para la masa total absorbida que est en funcin del (Pi, Ci y el tiempo.

EXPERIMENTOCELDA DE PRUEBA

y Los componentes principales del experimento son la celda de

prueba, que es donde la absorcin se lleva a cabo, el cilindro de vapor de amoniaco y el cilindro de mezcla (amoniaco-agua). Todos los componentes y las vlvulas estn hechos de acero inoxidable y aislados trmicamente.

y La celda de prueba cuenta con 5 termocuplas, 2 estn

instalados en volumen del lquido para medir las temperaturas T1L y T2L. y Las otras 3 est ubicadas en diferentes puntos para medir la temperatura del vapor. y Para medir la presin del vapor en el recipiente de vapor de amoniaco, cada uno est equipado con un transductor. y El recipiente de mezcla est equipado para preparar la solucin de amoniaco a la concentracin deseada.

Pasos del experimento1. 2. 3.

4. 5. 6. 7.

La celda de prueba y todos los tubos de conexion son evacuados La solucin amoniaco-agua se inserta a la celda hasta que se cubra completamente las termocuplas que miden T1L. Una vez que se alcanza el equilibrio, la presin de vapor saturado en la solucin (P1i) puede ser medida mediante el transductor. Se calcula P2i=P1i + (P Se comienza a insertar el vapor de amoniaco hasta que la P2i sea alcanzada a la temperatura inicial establecida. (Ti) Cuando la Ti y (Pi son establecidas, la computadora se encuentra lista para comenzar a almacenar datos. Se abre la valvula de entrada para permitir que el vapor de amoniaco sobrecalentado fluya por la celda de prueba, as la absorcin comienza. Mientras tanto la computadora almacena datos de presin y temperatura durante todo el experimento.

y Se realizaron 6 pruebas a distintas presiones para analizar el

efecto de la diferencia de presin inicial en el proceso de absorcin. y (Pi=50, 100, 150, 200, 250 y 300 kPa; y Y a 4 diferentes concentraciones de amoniaco en la solucin. La Ci fue desde 0 hasta 63%, a una temperatura inicial de 20.7-25.4 C.

y En la figura se muestran las temperaturas medidas T1L y T2L

a Z1L y Z2L para una concentracin=0.27 gNH3/gsln.

y La temperatura T1L que esta mas cerca de la interfase

incrementa inmediatamente despus de que la valvula de apertura se abre para comenzar el experimento hasta que alcanza el valor mximo y luego disminuye gradualmente.

y El aumento de la temperatura T1L es debido al calor de

reaccin durante la absorcin de vapor de amoniaco en la solucin amoniaco-agua. y El descenso de la temperatura comienza cuando la difusin de calor dentro de la solucin se vuelve ms larga que la generacin de calor en la interfase, as como la velocidad de reaccin de vuelve ms lenta. y La tendencia de la temperatura T1L es la misma que en el artculo 4 mencionado anteriormente. y Por otra parte la T2L casi no cambia con el tiempo, dado a que se encuentra lejos de la superficie, lo que quiere decir que el calor no penetra en las profundidades.

y La temperatura de la interfase Tint puede estimarse con T1L y

T2L usando un modelo llamado Mondes inverse solution. Se pueden observar los resultados en el grfico mostrado anteriormente. y La temperatura del vapor de amoniaco se mide con 4 termocuplas, 3 de ellas miden la temperatura del vapor en la celda y la otra mide la temperatura en el cilindro de vapor.

Mediciones de Presin de Vapory La presin de vapor durante la absorcin Pv(t) disminuye con

el tiempo, esto indica que la absorcin de vapor de amoniaco ocurre despus de que se abre la valvula, antes de abrir la valvula la presin P1i es la presin inicial en la celda de prueba, que es la presin saturada de la solucin.

y La presin de referencia Pref es la primera presin medida

por el transductor y corresponde al tiempo inmediatamente despus de que se abre la valvula. Esta presin de referencia se usa en lugar de P2i para estimar la masa total absorbida . y Se calcul el valor de la presin que existira en la celda de prueba despus de abrir la valvula, asumiendo que exista una expansin adiabtica sin absorcin. y La presin medida en el t=1 s muestra que el promedio de Pref/P2i se localiza entre 0.9 y 0.98, dependiendo del valor de (Pi y de la Ci.

y Cuando comienza el experimento, el vapor de amoniaco

fluye por la celda dando como resultado un incremento sbito de la presin P1i hasta Pref, seguido inmediatamente por una cada debido al proceso de absorcin. y La cada de presin durante la absorcin Pd(t) se calcula con la sig. Ecuacin

Efecto de la diferencia entre la presin inicial y la cada de presin durante la absorciny En la siguiente figura podemos apreciar el efecto de la diferencia

de la presin inicial Pa(t) para una C=0.27 despues de 600 segundos de iniciada la absorcin, la cada de presin Pa(t) para un (Pi=50kPa es alrededor de 13 kPa. y Para un (Pi=300kPa Pa(t) =54 kPa

y El incremento de presin en la interfase aumenta la cantidad de molculas de

amoniaco absorbidas hasta que la solucin alcanza una condicin de equilibrio.

Efecto de la concentracin inicial en la cada de presin durante la absorciny La figura muestra el cambio de Pa(t) para un (Pi=200kPa y

para diferentes concentraciones.

y Dado que la cada de presin es causada por la absorcin, la

gran cada de presin significa un mayor rango de absorcin.

Masa Absorbida del Vapor de Amoniacoy La masa de vapor durante la absorcin se mide con la siguiente

ecuacin:y Donde v(t)[=]volumen especifico del vapor en el tiempo t y V[=] 1.57 x 10 -3 m3 [=]volumen total de vapor y La masa total de amoniaco absorbida se pude calcular:

Donde S= 1.5 x 10 -3 m2, que es el rea de interfase

y Mref se calculara con la ecuacin anterior

y utilizando datos de referencia.

Efecto de la diferencia de presin inicial en la tasa de absorcin de masay El efecto que tiene la (P en los procesos de absorcin es

investigada a partir del calculo de la masa total absorbida. y La figura nos muestra la masa total absorbida a 6 distintos (P para una Ci=0

y Los resultados de todo lo anterior nos indica que la masa

total de vapor de amoniaco absorbido esta en funcin de la Ci, (Pi y el tiempo.

y Donde N=2 y

a0i y a1i son constante y se muestran la sig. Tabla

(P=0y La absorcin tambin se lleva a cabo bajo la condicin de no

diferencia de presin entre el contenedor de vapor de amoniaco y el contenedor de la mezcla amoniaco-agua

y Con la figura podemos apreciar que la absorcin para una

Ci=0.46 g/g es mucho ms pequea que para una Ci=0 o 0.27. Para una Ci=0.63, la masa absorbida casi es cero, lo que significa que para estas condiciones no hay absorcin. Por lo que se concluye que para un (P=0 y Ci bajas se prodce mayor absorcin.

Conclusionesy La masa total de amoniaco absorbida aumenta linealmente

con los incrementos en la diferencia de presin inicial entre la celda de prueba y el contenedor de vapor de amoniaco.y Los procesos de absorcin tambin se pueden llevar a cabo

bajo la condicin de no diferencia de presin inicial.