ES2312252B1 - Sistema de refrigeracion por absorcion para barcos. - Google Patents
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Abstract
Sistema de refrigeración por absorción para
barcos.
Sistema de refrigeración por absorción con
amoniaco-
agua y ciclo de simple etapa para la producción de frío en los barcos, con intercambiadores recuperador y líquido-vapor y que puede también incluir el aprovechamiento del calor del proceso de rectificación, que se acciona mediante la energía térmica residual que se recupera de los gases de escape del motor o motores de un barco, en el que se usa el agua de mar como medio de enfriamiento del absorbedor y del rectificador y como medio condensante en el condensador, y que constituye la unidad centralizada de un sistema indirecto que enfría un fluido secundario que se distribuye a los puntos de producción de frío.
agua y ciclo de simple etapa para la producción de frío en los barcos, con intercambiadores recuperador y líquido-vapor y que puede también incluir el aprovechamiento del calor del proceso de rectificación, que se acciona mediante la energía térmica residual que se recupera de los gases de escape del motor o motores de un barco, en el que se usa el agua de mar como medio de enfriamiento del absorbedor y del rectificador y como medio condensante en el condensador, y que constituye la unidad centralizada de un sistema indirecto que enfría un fluido secundario que se distribuye a los puntos de producción de frío.
Sus componentes principales son: absorbedor de
burbuja multitubular vertical o de placas (9), generador tipo
piscina o placas (1), condensador de tubos y carcasa (4) y
evaporador (8) e intercambiadores recuperador (12) y
líquido-vapor (6) de placas.
Description
Sistema de refrigeración por absorción para
barcos.
La presente invención se refiere a un sistema de
refrigeración por absorción para su utilización en los barcos, que
usa como par refrigerante-absorbente el
amoniaco-agua, funciona según un ciclo de simple
etapa, su accionamiento se realiza mediante el calor recuperado de
los gases de escape del motor o motores del barco, se utiliza el
agua de mar como medio de enfriamiento del absorbedor y del
rectificador y como medio condensante en el condensador, y que
constituye la unidad central del sistema indirecto de refrigeración
enfriándose en el evaporador un fluido secundario que se distribuye
a los distintos puntos del barco en los que se requiere la
producción de frío.
Esta invención se enmarca dentro de los sistemas
que se utilizan para la producción de frío de forma artificial,
mediante la ebullición o evaporación de una determinada sustancia
denominada refrigerante, y dentro de estos en los denominados
sistemas de refrigeración por absorción, que utilizan la capacidad
que poseen algunas sustancias (absorbentes) de absorber gran
cantidad de otras (refrigerantes). Los sistemas de absorción se
clasifican en función del par
refrigerante-absorbente que utilizan. La presente
invención, atendiendo a esta clasificación, se enmarca dentro de
los sistemas cuyo par refrigerante- absorbente es el
amoniaco-agua. Además, esta invención también se
enmarca dentro de los sistemas de producción de frío en los barcos
que permiten el aprovechamiento de calores residuales y en los
denominados sistemas indirectos de refrigeración, por utilizar un
fluido secundario que se distribuye desde la unidad central a los
distintos puntos del barco donde se requiere la producción de
frío.
Los sistemas de refrigeración por absorción con
amoniaco-agua son conocidos desde mediados del
siglo XIX (1860) y desde entonces su desarrollo ha estado siempre
ligado a los periodos de crisis económicas y precios elevados de
los combustibles fósiles. Sin embargo, en las últimas tres décadas,
el desarrollo de estos sistemas se produce de forma continua y se
basa no sólo en el elevado coste de los combustibles fósiles, sino
también en razones medioambientales, ya que utilizan compuestos
naturales (amoniaco y agua) en contraposición a los sistemas de
compresión que comúnmente utilizan refrigerantes halogenados
(CFC's, HCFC's), cuyas moléculas, cuando se liberan a la atmósfera,
causan la destrucción del ozono estratosférico y contribuyen de
forma importante al efecto invernadero. Además, al ser accionados
directamente mediante energía calorífica, permiten la recuperación
de calores residuales para su accionamiento, que de otra forma se
disiparían directamente a la atmósfera.
En la actualidad se comercializan máquinas de
refrigeración por absorción con amoniaco-agua, sin
embargo no se conoce ninguna que pueda usarse en los barcos, ya que
las condiciones de inestabilidad y movimiento a las que se
encontrarían sometidas causarían una reducción drástica de su COP
y, además, no podrían accionarse mediante calores residuales, ni
tampoco podría usarse el agua de mar como medio de enfriamiento en
el absorbedor y rectificador, ni como medio condensante en el
condensador.
Actualmente, en los barcos en los que se
requiere la producción de frío, entre los que destacan los
distintos tipos de barcos de pesca, se usan sistemas de
refrigeración por compresión, los cuales se accionan mediante
energía eléctrica que se produce con motores de combustión interna
y los correspondientes alternadores y para lo que se requiere el
consumo de combustibles fósiles. Además, el rendimiento de la
transformación del combustible en energía eléctrica es bajo,
entorno a 1/3, por lo que el consumo del combustible necesario para
el accionamiento de los sistemas de refrigeración constituye un
capítulo importante dentro del consumo de combustible total del
barco y, por lo tanto, también resulta importante el coste económico
que representa. Por otra parte, es conocido que el consumo de
combustibles fósiles causa un importante efecto adverso sobre el
medio ambiente, ya que es la fuente principal de la emisión de
CO_{2} y NOx. Además, la mayoría de los sistemas de refrigeración
por compresión, como ya se ha indicado anteriormente, utilizan como
fluidos refrigerantes compuestos halogenados, por lo que el uso de
este tipo de instalaciones causa un fuerte impacto en el medio
ambiente. De lo dicho anteriormente se deduce la importancia de
cualquier opción tecnológica que pueda reemplazar este tipo de
instalaciones.
Los barcos en los que se requiere la producción
de frío ofrecen las condiciones idóneas para la utilización de
sistemas de refrigeración por absorción, ya que en ellos se dispone
de gran cantidad de energía térmica residual que se libera en sus
motores, aproximadamente 2/3 del total de la energía del
combustible, que se disipa directamente al mar mediante el agua de
refrigeración o a la atmósfera mediante los gases de escape.
Las temperaturas de salida de los gases de
escape, entre 300 y 450ºC, son muy superiores a las requeridas para
el accionamiento de los sistemas de refrigeración por absorción
(entre 100 y 150ºC), por lo que la energía térmica que puede
recuperase mediante su enfriamiento puede usarse para el
accionamiento del sistema de absorción. Se descarta la recuperación
de calor del agua de enfriamiento del motor para el accionamiento
del sistema de absorción, debido a que su temperatura es baja
(entre 60 y 70ºC), inferior a la requerida para su accionamiento
(entre 100 y
150ºC).
150ºC).
Además, otra ventaja importante de la
utilización de sistemas de refrigeración por absorción para la
producción de frío en los barcos es que puede usarse el agua de mar
para el enfriamiento del absorbedor y rectificador y como medio
condensante en el condensador, lo que permite mantener bajas
temperaturas de absorción y condensación y por lo tanto obtener
elevados rendimientos del sistema.
Lo indicado anteriormente ha sido el origen de
la presente invención que consiste en un sistema de refrigeración
por absorción para su utilización en los barcos. El sistema usa
como par refrigerante-absorbente el
amoniaco-agua y funciona según un ciclo de simple
etapa con intercambiador recuperador entre las corrientes de las
disoluciones fuerte y débil y con intercambiador
líquido-vapor y que puede también incluir el
aprovechamiento del calor del proceso de rectificación (ciclo con
aprovechamiento del calor de rectificación). El accionamiento del
sistema se realiza mediante el calor recuperado de los gases de
escape del motor o motores del barco, usando un fluido caloportador,
que se recircula en un circuito cerrado mediante una bomba, y que
recupera el calor de los gases calentándose en un intercambiador de
calor gases-fluido colocado en el conducto de los
gases de escape del motor del barco o en una derivación del mismo
construida al efecto, y cediéndolo en el generador del sistema de
absorción. Además, se usa el agua de mar como medio de enfriamiento
del absorbedor y del rectificador (cuando no se use un ciclo con
recuperación del calor de rectificación) y como medio condensante en
el condensador. El sistema de absorción constituye la unidad
central de un sistema indirecto de refrigeración, enfriándose en el
evaporador un fluido secundario (glicol o salmuera), que se
distribuye en circuito cerrado y mediante bombas a los distintos
puntos del barco en los que se requiere la producción de frío y
donde se instalarán los correspondientes intercambiadores de
calor.
Los tipos de componentes que se utilizan en el
sistema objeto de la invención y que garantizan su insensibilidad
al movimiento y a las condiciones de inestabilidad a las que se
encuentra sometido a bordo del barco son los siguientes: un
absorbedor del tipo de burbuja multitubular vertical y en el que se
instalarán un dispositivo antirretorno de forma que se impida el
vaciado de los tubos durante los periodos de parada de la
instalación o bien del tipo de burbuja de placas, y un generador
del tipo en piscina o de placas.
La utilización en los barcos del sistema de
refrigeración por absorción descrito anteriormente, accionado
mediante la energía térmica residual recuperada de los gases de
escape, sustituyendo a los actuales sistemas de compresión,
proporcionaría las siguientes ventajas: 1ª ahorro de combustible,
ya que causaría el ahorro del combustible necesario para el
accionamiento del sistema de compresión correspondiente; 2ª el
aprovechamiento de una energía de alto grado contenida en los gases
de escape y que actualmente se pierde disipándola directamente a la
atmósfera; 3ª la utilización de fluidos naturales como el amoniaco
y el agua que no causan ningún tipo de efecto nocivo sobre el medio
ambiente y 4ª la utilización de un sistema más fiable que los
actuales sistemas de compresión, debido a que los sistemas de
absorción utilizan menos partes móviles, que son la fuente de la
mayor parte de averías, siendo esta última ventaja especialmente
importante a bordo de un barco, debido a la ausencia de personal
especializado y a la dificultad de las reparaciones en caso de
avería.
La figura 1 es un esquema general del sistema de
refrigeración por absorción para su utilización en los barcos de
acuerdo con la realización del presente invento.
- (1)
- Generador
- (2)
- Torre de destilación
- (3)
- Rectificador
- (4)
- Condensador
- (5)
- Depósito de líquido condensado
- (6)
- Intercambiador líquido-vapor
- (7)
- Dispositivo de expansión de refrigerante
- (8)
- Evaporador
- (9)
- Absorbedor
- (10)
- Depósito de disolución fuerte
- (11)
- Bomba de disolución fuerte
- (12)
- Intercambiador recuperador
- (13)
- Dispositivo de expansión de disolución débil
- (14)
- Bancada
- (15)
- Acumuladores de aceito térmico
- (16)
- Bomba de aceite térmico
- (17)
- Motor o motores del barco
- (18)
- Conducto de gases de escape o derivación del mismo
- (19)
- Intercambiador gases-fluido
- (20)
- Acumulador de fluido secundario
- (21)
- Bomba de fluido secundario
- (22)
- Puntos de producción de frío en el barco.
\vskip1.000000\baselineskip
La figura 1 es un esquema del sistema de
refrigeración por absorción para su utilización en los barcos, en
el que se indica la disposición de sus componentes y en el que se
considera la utilización de una torre de destilación con
rectificador y condensación parcial, si bien puede también
utilizarse una torre de destilación con secciones de rectificación
y/o agotamiento y con condensación total, o bien únicamente un
rectificador.
El aporte de calor necesario para el
accionamiento del sistema de absorción se realiza mediante el calor
recuperado de los gases de escape del motor o motores del barco
(17), usando un fluido caloportador que se recircula en un circuito
cerrado mediante una bomba (16) y que recupera el calor de los
gases calentándose en un intercambiador de calor
gases-fluido (19), colocado en el conducto de los
gases de escape del barco o en una derivación del mismo construida
al efecto (18), y cediéndolo en el generador del sistema de
absorción (1).
El enfriamiento del absorbedor (9), del
rectificador (3) y del condensador (4), se realiza utilizando agua
de mar, procedente de la toma general del barco y cuya circulación
puede forzarse mediante bombas, en caso de que sea necesario.
En el evaporador del sistema de absorción (8),
se enfría un fluido secundario (glicol o salmuera), que se
distribuye también en circuito cerrado y mediante las
correspondientes bombas (21) a los distintos puntos de producción
de frío en el barco (22).
Los tipos de componentes que se utilizan en el
sistema objeto de la invención son los siguientes:
El absorbedor (9) es del tipo de burbuja
multitubular vertical y en el que se instalarán un dispositivo
antirretorno de forma que se impida el vaciado de los tubos durante
los periodos de parada de la instalación o bien del tipo de
burbujas de placas.
El generador (1) es del tipo en piscina,
circulando el aceite térmico por el interior de un serpentín y
produciéndose el proceso de regeneración del amoniaco en el
exterior, o bien de tubos y carcasa, circulando el aceite térmico
por el interior de los tubos y realizándose el proceso de
regeneración entre éstos y la carcasa, o bien de placas.
El proceso de rectificación puede realizarse de
las siguientes formas: usando una torre de destilación compuesta
por las zonas de rectificación y/o agotamiento (2), con destilación
total o parcial, o bien, mediante un rectificador compuesto de una
carcasa circular y un serpentín, o un intercambiador de tubos y
carcasa. El rectificador puede utilizarse independientemente de la
torre de destilación o conjuntamente con ésta (destilación
parcial), incorporado o no en la misma torre.
El condensador (4), es del tipo de tubos y
carcasa, semejante a los utilizados actualmente en los sistemas de
compresión usados en los barcos.
El evaporador (8), el intercambiador recuperador
(12) y el intercambiador líquido-vapor (6) son de
placas.
La bomba de la disolución fuerte (11) se
selecciona teniendo en cuenta los caudales, presiones y
temperaturas de trabajo y que debe ser apta para trabajar con
amoniaco, y las bombas de recirculación del aceite térmico (16) y
del fluido secundario (21) se seleccionan de entre las existentes en
el mercado, de acuerdo con el rango de temperaturas que han de
soportar en cada caso.
\newpage
El dispositivo de expansión de la disolución
débil (13), así como el dispositivo de expansión del refrigerante
(7), se seleccionan entre los distintos tipos existentes en el
mercado: restrictores fijos, válvulas flotador, válvulas
termostáticas o válvulas de presión constante.
El intercambiador gases-aceite
(19), es del tipo de flujos cruzados, con tubos aleteados
exteriormente, y construido con materiales adecuados para el rango
de temperaturas de funcionamiento.
Los depósitos auxiliares del sistema, como son
el depósito de líquido condensado (5), el depósito de alimentación
de la bomba de disolución fuerte (10), y los acumuladores de aceite
térmico (15) y fluido secundario (20), se seleccionan teniendo en
cuenta los fluidos que se acumulan y sus condiciones de presión y
temperatura.
En el caso de utilizar el ciclo con
aprovechamiento del calor de rectificación, la disolución fuerte,
después de pasar por la bomba (11), pasa por el rectificador (3),
antes de introducirse en el intercambiador recuperador (12). En
este caso el proceso de rectificación se realiza mediante el aporte
de calor a la disolución fuerte que se precalienta.
Los componentes del sistema indicados
anteriormente se dimensionan de acuerdo con las necesidades de
producción de frío en el barco y los niveles térmicos a los que
éstas se requieren.
La realización del sistema se llevará a cabo de
la forma que se indica a continuación. Los siguientes componentes:
el absorbedor (9), la bomba de la disolución fuerte (11), el
intercambiador recuperador (12), el generador (1), la torre de
destilación (2) y/o el rectificador (3), dispositivo de expansión de
la disolución débil (13), el condensador (4), el depósito de
líquido (5), el dispositivo de expansión del refrigerante (7), el
evaporador (8), el intercambiador líquido-vapor
(6), la bomba de recirculación del aceite (16), y las bombas de
recirculación del fluido secundario (21), así como los depósitos y
elementos auxiliares y de seguridad y control, se montarán de forma
compacta sobre una bancada única (14), que constituye la unidad
centralizada de producción de frío, y en la que se dispondrán las
correspondientes conexiones en el generador y la bomba de
recirculación del aceite térmico con el circuito del aceite, en el
evaporador y las bombas de recirculación del fluido secundario con
su circuito, así como una entrada y salida de agua única para toda
la unidad.
La unidad centralizada de producción de frío,
con los componentes indicados anteriormente, se situará en el lugar
que se considere más conveniente en el barco, teniendo en cuenta
las medidas de seguridad correspondientes y la facilidad para la
realización de las conexiones con el circuito del aceite térmico,
del fluido secundario y del agua de mar.
El intercambiador recuperador de calor de los
gases de escape (19), se dispondrá en el conducto de escape del
motor o en un conducto de derivación del mismo construido al efecto
(18), y adecuado a las dimensiones del intercambiador de calor. El
circuito se completará con los correspondientes elementos de
conexión y seguridad necesarios para su conexión a la bancada.
En los lugares del barco donde se requiera la
producción de frío (22), se instalarán los intercambiadores
necesarios a los que se hará llegar el fluido secundario que ha
sido enfriado en el evaporador del sistema de absorción (8),
mediante la acción de las bombas (21), también situadas en la
bancada. Los circuitos del fluido secundario se completarán con los
consiguientes elementos de conexión, seguridad y control.
El agua de mar utilizada como medio de
enfriamiento y condensación por los componentes del sistema de
absorción se conectará desde la toma general del barco, o
utilizando las correspondientes bombas, si fuese necesario, a la
conexión preparada al efecto sobre la bancada.
La potencia en el generador (1) se controlará
mediante el control de la temperatura del fluido caloportador
actuando sobre una válvula de tres vías. También puede controlarse
dicha temperatura controlando el caudal de gases de escape que
circulan por el intercambiador gases-fluido,
actuando sobre una compuerta que regule dicho caudal de gases.
En el sistema de absorción se instalarán los
elementos de control necesarios y el control de la temperatura de
los recintos fríos se realizará mediante el uso de válvulas de tres
vías comandadas por el correspondiente termostato de forma que se
controle la temperatura de entrada del fluido secundario en el
correspondiente intercambiador.
Como ya se ha indicado anteriormente la
aplicación de la presente invención se encuentra en la producción
de frío en los barcos, ya que el sistema que se describe previamente
ha sido especialmente ideado y diseñado para su uso a bordo de los
barcos.
Claims (5)
1. Sistema de refrigeración por absorción que
usa como par refrigerante- absorbente el
amoniaco-agua y que funciona según un ciclo de
simple etapa con intercambiador recuperador entre las corrientes de
la disolución fuerte y de la disolución débil y con intercambiador
líquido-vapor y que puede también incluir el
aprovechamiento del calor del proceso de rectificación (ciclo con
aprovechamiento del calor de rectificación) para su utilización en
los barcos, caracterizado porque su accionamiento se realiza
con el calor residual recuperado de los gases de escape del motor o
motores del barco mediante la utilización de un fluido caloportador
que se recircula en un circuito cerrado mediante bombas entre un
intercambiador de calor gases-fluido, situado en el
conducto de escape de los gases o bien en una derivación del mismo
construida al efecto, en el cual el fluido caloportador se calienta
y cede calor en el generador del sistema de absorción,
completándose el circuito de dicho fluido con los elementos
necesarios de conexión, seguridad y control.
2. Sistema de refrigeración por absorción según
la reivindicación 1, caracterizado por utilizar un
absorbedor de burbuja multitubular vertical con un dispositivo
antirretorno que impida el vaciado de los tubos del absorbedor
durante los periodos de parada del sistema o bien del tipo de
burbuja de placas.
3. Sistema de refrigeración por absorción según
las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado por utilizar un
generador de tipo en piscina o de placas, el condensador del tipo
de tubos y carcasa y el evaporador, intercambiador recuperador y el
intercambiador líquido-vapor del tipo de placas.
4. Sistema de refrigeración por absorción según
las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por utilizar el
agua de mar como medio de enfriamiento del absorbedor y del
rectificador (cuando no se utilice el ciclo con aprovechamiento del
calor de rectificación) y como medio condensante en el
condensador.
5. Sistema de refrigeración por absorción según
las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por constituir la
unidad central de un sistema indirecto en el que se enfría un
fluido secundario (glicol o salmuera) que se distribuye a los
distintos puntos de barco en los que se requiere la producción de
frío mediante las correspondientes bombas.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| ES200601315A ES2312252B1 (es) | 2006-05-22 | 2006-05-22 | Sistema de refrigeracion por absorcion para barcos. |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2312252A1 ES2312252A1 (es) | 2009-02-16 |
| ES2312252B1 true ES2312252B1 (es) | 2009-10-13 |
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Families Citing this family (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN101865560A (zh) * | 2010-06-19 | 2010-10-20 | 海南珍稀农业有限公司 | 一种渔船尾气制冷机组 |
-
2006
- 2006-05-22 ES ES200601315A patent/ES2312252B1/es active Active
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| FERNÁNDEZ-SEARA J, SIERES J, VÁZQUEZ M. Absorption refrigeration prototype for onboard cooling production in fishing vessels. ISHPC'02, Proceedings of the International Sorption Heat Pump Conference. Shangai, China. Septiembre 24-27, 2002. Páginas 130-135. * |
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| Prototipo de refrigeración por absorción con NH3-H2O accionado mediante el calor residual de los gases de escape de motores y/o energía solar. I Encuentro Iberoamericano de Refrigeración y Aire Acondicionado Solar. 12-13 de Junio de 2001, Sevilla, España. Red Iberoamericana de Refrigeración y Aire Acondicionado Solar RIRAAS/ Memoria 2001-2004. Editado por Isaac Pilatowsky Figueroa. ISBN: 970-93330-1-1. CD-01 [en línea]. [Recuperado el 01.12.2008]. Recuperado de internet: <URL:http://www.riraas.net/documentacion/CD\_01/PRE-VIGO.pdf> * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES2312252A1 (es) | 2009-02-16 |
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