capitulo i refrigeración por absorción

UNIVERSIDAD VERACRUZANA
FACULTAD DE INGENIERÍA
“Instrumentación y puesta a punto de un sistema de
refrigeración solar por absorción intermitente”
TESIS
Que para obtener el título de:
Ingeniero Mecánico Electricista
Presenta:
López Liévano Adolfo
Asesores:
Dr. Carlos Octavio Rivera Blanco.
M. en C. Oscar Fernando Silva Aguilar.
Coatzacoalcos, Ver.
Febrero 2011.
Instrumentación y puesta a punto de un sistema de refrigeración solar por absorción intermitente
Índice
Introducción .......................................................................................... 1
Objetico general .................................................................................... 3
Objetivos específicos ............................................................................. 3
CAPITULO I REFRIGERACIÓN POR ABSORCIÓN.................................... 4
1.1 Ciclo de refrigeración por absorción ............................................... 4
1.2 Sistema de refrigeración por absorción intermitente
NH3-H2O (amoniaco-agua) ........................................................... 7
1.3 Sistema de refrigeración intermitente NH3-LiNO3 ............................... 9
CAPITULO II CARACTERÍSTICAS DE LAS PARTES DEL SISTEMA............ 11
2.1
2.2
2.2.1
2.2.2
2.2.3
2.3
2.4
2.4.1
2.5
2.6
Descripción del sistema ............................................................. 11
Concentrador parabólico compuesto (CPC) ............................... 13
Características del CPC ............................................................... 14
Tubo receptor (Generador - absorbedor.) .................................. 15
Rediseño del tubo receptor ........................................................ 16
Descripción del condensador ..................................................... 18
Tanque de almacenamiento....................................................... 19
Rediseño del tanque de almacenamiento................................... 19
Elemento de expansión .............................................................. 21
Descripción del evaporador ....................................................... 23
i
Instrumentación y puesta a punto de un sistema de refrigeración solar por absorción intermitente
CAPITILO III INSTRUMENTACIÓN Y PUESTA A PUNTO DEL SISTEMA .... 24
3.1 Instrumentos para medir la temperatura.................................... 24
3.2 Instrumentos para medir la presión ............................................ 26
3.3 Prueba de fugas del sistema ....................................................... 27
3.4 Prueba neumática al tubo receptor (generador-absorbedor) ..... 28
3.5 Prueba de fugas al sistema de tuberías ....................................... 34
3.6 Programa de Adquisición de Datos ............................................. 39
3.6.1 Tarjeta multiplexor ...................................................................... 39
3.7 Programación de los elementos de medición ............................. 40
3.7.1 Programación de un termopar tipo J ........................................... 40
3.7.2 Programación de un Termistor .................................................... 44
3.7.3 Programación de un transductor de presión ............................... 45
3.8 Prueba de campo del Programa de Adquisición de Datos ........... 46
Conclusiones y recomendaciones........................................................ 56
Bibliografía .......................................................................................... 58
ii
Instrumentación y puesta a punto de un sistema de refrigeración solar por absorción intermitente
Agradecimientos
A Dios
Por darme la vida, la salud y la oportunidad cada día de ser una mejor persona, y
de darme la elección de cambiar aquellas circunstancias que están a mi alcance
para hacer siempre lo correcto.
A mis Padres
Por su incondicional amor y apoyo, por su motivación constante que me ayudó a
llevar a cabo este trabajo y por estar dispuestos a hacer siempre un sacrificio para
que continúe en el camino del estudio y preparación así como de haberme dado
principios y valores.
Al Dr. Carlos Octavio Rivera Blanco
Por inculcarme la conciencia de cuidar al medio ambiente, de enseñarme esta
nueva alternativa para ocupar la energía solar de manera práctica y del importante
papel que juegan las energías renovables tanto en México como en el mundo a
medida que aumenta el calentamiento global y también por todas las facilidades,
apoyo y tiempo brindados en asesorías para que se llevara a cabo este trabajo.
Al M.C. Oscar Fernando Silva Aguilar
Mi agradecimiento y reconocimiento por su apoyo constante, por su experiencia
brindada y de tener siempre una solución práctica a cada uno de los problemas
que se presentaban en el proceso de este trabajo, e inclusive que en alguna
ocasión haya tomado él, la herramienta o equipo de trabajo para poner la pauta de
cómo se debía hacer alguna tarea.
A los catedráticos del laboratorio de Energía
Que por su experiencia, siempre tuvieron un valioso consejo para ayudarme a
resolver las distintas tareas que se originaban cada día hasta culminar este
trabajo.
iii
Instrumentación y puesta a punto de un sistema de refrigeración solar por absorción intermitente
A mis hermanos, César, Ignacio y Daniel
Que siempre me han apoyado y me han dado el consejo de seguirme preparando,
y de ver en ellos el ejemplo de ser personas que buscan siempre superarse en la
vida para ser mejores profesionales así como mejores seres humanos. Para
ustedes, mi más sincero agradecimiento, admiración y mi respeto.
A mis amigos
Por tener siempre el buen humor y disposición para alentarme a terminar esta
meta en mi vida, un agradecimiento a Elpidio Mayo Hernández que después de
titularse en una primera etapa de este proyecto continuó apoyándome en gran
parte de este trabajo; y también tengo que mencionar a Carlos Ernesto Arreola
Ramos que trabajando al mismo tiempo en su trabajo de titulación, tuvo también
la disponibilidad de ayudarme en la etapa final de este proyecto.
iv
Instrumentación y puesta a punto de un sistema de refrigeración solar por absorción intermitente
Introducción
Una de las más importantes aplicaciones en el campo de la energía solar son los
sistemas de refrigeración. Estos tipos de sistemas aunque ya han sido
desarrollados y estudiados, presentan algunas desventajas en los sistemas por
absorción tal como un bajo coeficiente de rendimiento y un alto suministro de
calor. Cuando los parámetros de los sistemas térmicos solares no pueden cumplir
la demanda, el rendimiento del refrigerador es muy bajo.
Una de las ventajas de los sistemas de absorción de tipo intermitente es que son
más sencillos en cuanto a construcción, por el menor número de componentes,
respecto a los continuos. Estos sistemas no requieren una bomba para hacer
circular el fluido de trabajo; carecen de partes móviles y la manipulación se limita
a sencillas conmutaciones de válvulas, a un proceso de generación le sigue uno
de absorción, ocurriendo este último en forma simultánea con el proceso de
refrigeración. Estos sistemas no requieren suministro de energía eléctrica ni
mecánica siendo esta su principal ventaja sobre los sistemas continuos lo que los
hace una alternativa factible en lugares donde se carece de suministro de energía
eléctrica.
En zonas del sur de México como por ejemplo algunas comunidades de Veracruz
y Oaxaca donde el suministro de energía eléctrica todavía es casi nulo y las
personas que habitan en dichas comunidades requieren de los sistemas de
refrigeración ya que su medio de sustento es la pesca y/o almacenamiento de
productos del campo, el uso de equipos de refrigeración solar podría ayudar a
mejorar el nivel de vida de estas comunidades.
El presente trabajo es la continuación del trabajo realizado por Campos García
José Roberto y Mayo Hernández Elpidio (2010)1, quienes hicieron el diseño y
parte de la construcción del sistema de refrigeración por absorción intermitente,
instalado en el laboratorio de Energía de la Universidad Veracruzana Campus
Coatzacoalcos. El sistema fue diseñado para operar con el par de trabajo NH3LiNO3.
En el capítulo I se describen de manera breve los ciclos de absorción intermitente
NH3-H2O (amoniaco-agua) y NH3-LiNO3 (nitrato de litio-amoniaco) haciendo
énfasis en este último.
1
Ver bibliografía (1).
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1
Instrumentación y puesta a punto de un sistema de refrigeración solar por absorción intermitente
En el capítulo II se hace una descripción de las características de cada uno de los
elementos que fueron instalados en el sistema y se hace un rediseño de los
elementos que así lo requirieron.
En el capítulo III se describe el proceso de instrumentación y puesta a punto del
sistema; se instalan los elementos de medición y de regulación, se elabora el
programa del sistema adquisición de datos y se describe el procedimiento de la
prueba neumática al sistema de tuberías para comprobar la sanidad en las
conexiones del sistema.
Por último se dan las conclusiones y recomendaciones del presente trabajo.
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2
Instrumentación y puesta a punto de un sistema de refrigeración solar por absorción intermitente
En el siguiente trabajo se tienen los siguientes objetivos:
Objetivo general:
Poner a punto un sistema de refrigeración solar por absorción intermitente.
Objetivos específicos:
1. Seleccionar los elementos del sistema como válvulas, tubería y dispositivos
de medición.
2. Instrumentar el sistema.
3. Elaborar y probar el programa de adquisición de datos.
4. Realizar pruebas neumáticas al sistema de tuberías.
5. Hacer una prueba de campo verificando el correcto funcionamiento de los
instrumentos y del programa.
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CapÍtulo I
Refrigeración por absorción
CAPITULO I
REFRIGERACIÓN POR ABSORCIÓN
1.1 Ciclo de refrigeración por absorción
La característica sobresaliente de un sistema de refrigeración que opera bajo el
ciclo de absorción, es que la energía necesaria para mantener el proceso de
enfriamiento se suministra principalmente en forma de calor.
El término “absorción” se utiliza para clasificar a uno de los ciclos de refrigeración,
que tiene relación con procesos físicos y químicos que ocurren al entrar en
contacto gases y líquidos o gases y sólidos; en el caso de la refrigeración, al
ponerse en contacto amoniaco gaseoso con agua líquida, esta absorbe el
amoniaco formando una solución líquida de hidróxido de amonio desprendiendo
una determinada cantidad de calor.
El amoniaco es el refrigerante de uso más común en los sistemas de refrigeración
por absorción por sus propiedades y el agua tiene la capacidad de absorber el
vapor de amoniaco con tanta rapidez, que resulta tan efectiva como un compresor
mecánico para mantener una baja presión en el evaporador; la cantidad absorbida
aumenta con la presión y disminuye al aumentar la temperatura.
Una aplicación práctica de este proceso se muestra en la figura 1.1, donde un
tanque a presión suministra amoniaco líquido puro al evaporador a través del
dispositivo de estrangulación. Una vez que el amoniaco se evapora es absorbido
por el agua contenida en otro recipiente. Este efecto de enfriamiento es continuo
hasta que el amoniaco líquido se agota o hasta que el agua en el tanque de
absorción se sature, de modo que ya no puede absorber más vapor de amoniaco.
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CapÍtulo I
Refrigeración por absorción
Figura 1.1 Principio del sistema de refrigeración por
absorción.
Si el calor tiene un precio relativamente bajo, o proviene de alguna fuente no
convencional, como es la solar, la geotérmica o el calor de desecho de procesos
industriales, el ciclo de refrigeración por absorción será económicamente atractivo.
Los sistemas de refrigeración por absorción implican la absorción de un
refrigerante por un medio de transporte. El sistema de refrigeración por absorción
más utilizado es el sistema de amoniaco-agua, donde el amoniaco (NH3) sirve
como refrigerante y el agua (H20) es el medio de transporte.
Para comprender mejor los principios de la refrigeración por absorción, se
examina el sistema NH3-H2O haciendo uso de un colector solar mostrado en la
figura 1.2.
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CapÍtulo I
Refrigeración por absorción
Figura 1.2. Ciclo básico del sistema de refrigeración solar
continúo por absorción NH3-H2O.
Este sistema es muy similar al sistema por compresión de vapor, excepto que el
compresor ha sido sustituido por un mecanismo de absorción, compuesto por:
absorbedor, bomba, generador, regenerador, válvula y rectificador.
Una vez que la presión del NH3 es elevada en el generador este se enfría y
condensa, liberando calor hacia los alrededores; se estrangula hasta la presión del
evaporador y absorbe calor del espacio refrigerado cuando fluye a través del
evaporador.
El vapor de amoniaco sale del evaporador y entra al absorbedor, donde se
disuelve y tiene una reacción química con el agua para formar NH 3-H2O siendo
esta una reacción exotérmica (el calor se libera durante este proceso). La cantidad
de NH3 que puede disolverse en H2O es inversamente proporcional a la
temperatura. Por consiguiente, es necesario enfriar el absorbedor para mantener
su temperatura lo más baja posible y, por ende, para maximizar la cantidad de
NH3 disuelto en el agua. La solución líquida NH3+H2O, que es rica en NH3 se
bombea luego al generador. El calor se transfiere a la solución de una fuente para
evaporar algo de la solución. El vapor que es rico en NH3 pasa por un rectificador,
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CapÍtulo I
Refrigeración por absorción
que separa el agua y la regresa al generador. El vapor de NH3 puro de alta presión
continúa luego su trayecto por el resto del ciclo.
La solución caliente NH3 + H2O, pobre en NH3, pasa por un regenerador donde
transfiere algo de calor a la solución enriquecida que sale de la bomba, y se
estrangula hasta la presión del absorbedor.
1.2 Sistema de refrigeración por absorción intermitente
NH3-H2O (amoniaco-agua).
El generador-absorbedor, se calienta cuando funciona como generador y se enfría
cuando opera como absorbedor. El arreglo básico de tal sistema se ilustra en la
figura 1.3.
Figura 1.3 Sistema intermitente de refrigeración por absorción
NH3-H20.
El ciclo consta de 2 etapas: generación y absorción.
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CapÍtulo I
Refrigeración por absorción
Durante la generación se suministra calor a la solución amoniaco-agua contenida
en el generador, manteniendo la válvula v1 abierta. El vapor de amoniaco y agua
generados llegan al rectificador, donde el líquido que se condensa tiene una
mayor proporción de agua y regresa al generador por efecto de la gravedad.
El amoniaco seco pasa al condensador y al salir de ahí se estrangula por medio
de la válvula de expansión y se almacena en el evaporador. El proceso anterior de
generación requiere de 5 a 6 horas aproximadamente, después se enfría el
generador, disminuye su presión y su temperatura de la solución diluida que
contiene.
Durante la etapa de absorción, que es precisamente cuando ocurre la
refrigeración, se cierra la válvula v1, y algo del refrigerante líquido se evapora,
enfriándose el resto del amoniaco hasta la temperatura del evaporador. Se
transfiere calor al evaporador hasta que se agota todo el amoniaco líquido. El
refrigerante evaporado regresa a la parte inferior del generador que funciona como
absorbedor. El vapor burbujea en este último, siendo absorbido por la solución
diluida, completándose así el ciclo.
El proceso puede ser descrito convenientemente en un diagrama de equilibrio
como se muestra en la figura 1.4. Como una serie de líneas de presión constante
en función de la temperatura y concentración de amoniaco (X) de la solución. La
entalpía de líquido hl, y la de vapor, hv, también se pueden obtener de este
diagrama. La condición inicial en el generador se indica con el punto (1). Al
calentarse la solución NH3-H2O ambas en fase líquida contenidas en el generador
aumentan la temperatura y presión hasta P2 y T2, donde el amoniaco pasa a fase
vapor y donde P2 es la presión de saturación correspondiente a la temperatura del
condensador. El calentamiento adicional de la solución hasta el estado (3)
remueve vapor de amoniaco y agua de la solución, reduciéndose la concentración
a X3.
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CapÍtulo I
Refrigeración por absorción
Figura 1.4 Ciclo de refrigeración intermitente NH3-H20.
Una vez enfriado el generador, una porción de amoniaco líquido cambia de fase
inmediatamente en el evaporador, enfriándose adiabáticamente el resto del
refrigerante hasta donde lo permita la presión del generador, el cual actuará ahora
como absorbedor. En el proceso de absorción, el vapor es absorbido a baja
temperatura disminuyendo también la presión y restaurándose la concentración
inicial con lo que se llega al punto 4 de la figura 1.4.
1.3 Sistema de refrigeración intermitente NH3-LiNO3
Una modificación que se le puede hacer al ciclo de refrigeración por absorción
intermitente NH3-H20, es cuando se cambia el absorbente agua por una solución
de nitrato de litio, con esto se permite eliminar por completo el rectificador ya que
al generarse el vapor, sólo se evaporará el amoniaco y no la sal de nitrato de litio.
El sistema de refrigeración NH3-LiNO3 pueden utilizarse usando como fuente de
calor el sol por medio de un concentrador solar, una ventaja es que en un colector
parabólico compuesto (CPC) el receptor puede utilizarse como generadorabsorbedor ya que durante el día mientras el sol calienta hace las veces de
generador y por las noches se puede enfriar lo suficiente para que actúe como
absorbedor. La solución absorbente no tiene que ser bombeada entre el
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CapÍtulo I
Refrigeración por absorción
generador y absorbedor como en los sistemas continuos ya que permanece
estancada en el mismo receptor.
El ciclo de refrigeración amoniaco-nitrato de litio alcanza un óptimo coeficiente de
operación, poco menor que el de los sistemas continuos a temperaturas de
generación de 90 ºC.
Una desventaja de este ciclo es que cada proceso se va logrando por etapas;
durante el día se llevan a cabo los procesos de generación y condensación
almacenando el refrigerante líquido en un recipiente hasta que termina el proceso
de generación. El efecto refrigerante puede durar toda la noche y todo el día
siguiente hasta antes de realizarse el proceso de evaporación-absorción en un
evaporador bien aislado térmicamente.
El par de trabajo NH3-LiNO3 es una alternativa que puede mejorar el sistema
intermitente NH3-H20 al no utilizar partes móviles.
El ciclo de refrigeración por absorción intermitente utilizando NH 3-LiNO3 es
mostrado en la figura 1.5.
Figura 1.5 Ciclo de refrigeración intermitente NH3-LiNO3
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CapÍtulo II
Características de las partes del sistema
CAPITULO II
CARACTERÍSTICAS DE LAS PARTES DEL SISTEMA.
2.1 Descripción del sistema.
Campos García José Roberto y Mayo Hernández Elpidio (2010)2 diseñaron y
construyeron el sistema de refrigeración por absorción en el campus
Coatzacoalcos de la Universidad Veracruzana. El sistema es intermitente ya que
se lleva acabo en dos etapas: la primera implica los procesos de generación y
condensación, durante la segunda etapa se llevan a cabo los procesos de
evaporación y absorción. El efecto refrigerante se lleva a cabo durante la noche y
la etapa de generación durante el día aprovechando la radiación solar.
Dicho sistema consta de los siguientes equipos y accesorios:
1. Un concentrador solar parabólico-compuesto (CPC) que hace las funciones
de generación durante el día y de absorción durante la noche.
2. Un condensador enfriado por agua.
3. Un tanque de almacenamiento para amoniaco.
4. Un evaporador.
5. Una válvula de expansión.
6. Termistores para medir la temperatura en diferentes puntos del sistema.
7. Manómetros y transductores para medir la presión en diferentes puntos del
sistema.
8. Unidad de Adquisición/Conmutación de Datos.
2
Ver bibliografía (1).
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11
CapÍtulo II
Características de las partes del sistema
En la figura 2.1 se muestra el sistema de refrigeración por absorción antes de su
instrumentación y puesta a punto montado en la plataforma del Laboratorio de
Energía de la U.V. Campus Coatzacoalcos Ver.
Concentrador Parabólico Compuesto (CPC).
(Generador-absorbedor)
Condensador.
Tanque de
almacenamiento.
Evaporador.
Figura 2.1 Sistema de refrigeración por absorción.
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12
CapÍtulo II
Características de las partes del sistema
En la figura 2.2 se muestra el diagrama del sistema con cada uno de sus
componentes los cuales se describen en las siguientes secciones.
Figura 2.2 Diagrama del sistema de refrigeracion por
absorción intermitente montado en el laboratorio de
Energia de la UV campus Coatzacoalos.
2.2 Concentrador parabólico compuesto (CPC)
El CPC es el dispositivo que hace las veces de compresor en el caso de los
sistemas de refrigeración por compresión evitando así el consumo de energía
eléctrica. Este CPC es un concentrador parabólico compuesto que capta los rayos
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13
CapÍtulo II
Características de las partes del sistema
reflejados en un tubo receptor colocado en la parte inferior del mismo y que
efectúa la doble función de generador-absorbedor.
2.2.1 Características del CPC
La relación de concentración del CPC es de 3.3 con una altura aproximadamente
de 0.625 m y la anchura es de 0.6 m. La longitud del CPC dependerá del la
longitud del tubo receptor el cual es de 1.20 m.
La temperatura de generación TGE de acuerdo a su relación de concentración (RC)
fue establecida entre 90°C y 120°C.
La figura 2.3 muestra una fotografía del CPC construido para el sistema
Figura 2.3 CPC diseñado para el sistema.
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14
CapÍtulo II
Características de las partes del sistema
2.2.2 Tubo receptor (Generador - absorbedor.)
Como su nombre lo indica, el tubo tiene dos funciones principales: la de generar
vapor cuando se le aplica calor, en este caso por medio del calor que genera el
CPC debido a la radiación solar, y segundo la de absorber la substancia
refrigerante cuando su temperatura desciende. Las dimensiones del tubo
generador-absorbedor dependen del volumen de la mezcla de trabajo y se
describen mas adelante.
Este tubo lleva en su extremo un par de bridas (figura2.4) para soportar una
sobrepresión en el tubo y así evitar fugas, puesto que el amoníaco es un gas
incoloro con olor penetrante, muy soluble en agua. El amoniaco es más ligero que
el aire, sin embargo en fugas, los vapores llenan por completo las partes cercanas
al suelo, por lo que se recomiendan lugares completamente ventilados cuando se
trabaja con él.
Figura 2.4 bridas del tubo receptor
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15
CapÍtulo II
Características de las partes del sistema
2.2.3 Rediseño del tubo receptor.
En la etapa del diseño se adquirió un tubo de aluminio con tapas en ambos
extremos, estas tapas tenían rosca recta exterior que sellaban con un empaque
de teflón como se muestra en la figura 2.5. Al momento de ser sometido el tubo a
la prueba neumática se encontraron fugas en ambos extremos, para corregir este
defecto se procedió a soldar ambas tapas del tubo en un taller, se uso soldadura
TIG (Tungsten Inert Gas) ya que tiene la ventaja de formar cordones mas
resistentes y sin porosidades y debido a que se aplica con un gas inerte,
comúnmente argón, nos permite tener una soldadura limpia y uniforme debido a la
escases de humos.
Tubo receptor con tapa
roscada antes de soldar.
Figura 2.5 Tubo receptor con su tapa y empaque.
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16
CapÍtulo II
Características de las partes del sistema
En las figura 2.6 se observa el tubo receptor después de haber sido soldado.
Cordón de soldadura
aplicada con técnica TIG.
Figura 2.6 Tubo receptor.
En la tabla 2.1 se muestra las características finales de diseño del tubo
(generador-absorbedor).
Tabla 2.1.- Características del tubo generador-absorbedor.
Características finales de diseño para el tubo generador-absorbedor
Diámetro exterior
Diámetro interior
Espesor de pared
Longitud
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(m)
0.073
0.05
0.005
1.20
17
CapÍtulo II
Características de las partes del sistema
2.3 Descripción del condensador
Para el condensador se utilizo una tubería de aluminio sumergida en un volumen
de agua. El serpentín de este tipo de condensadores depende en sí de la
sustancia a utilizar. El aluminio (Al) es resistente al amoniaco además de que es
muy fácil de manejar gracias a su maleabilidad.
La conductividad térmica del Al es de 190.25 kW/m-K, esto facilitará la
transferencia de calor lo cual garantiza la condensación, siempre y cuando la
temperatura del agua de enfriamiento se mantenga en un valor adecuado al igual
que por su alta resistencia a la corrosión, por que en el ambiente donde se va a
instalar el sistema de refrigeración es calido-húmedo lo que implica alta corrosión.
El tubing del condensador se diseño en forma helicoidal con un diámetro exterior
de 9.5 mm y una longitud de 1.5 m, al ser este de diámetro pequeño se
incrementa la velocidad del refrigerante e incrementa el numero de Reynolds, el
volumen del agua de enfriamiento es de 0.018 m3 (18 litros) para llevarse acabo el
proceso de condensación.
El flujo másico calculado que circulara por el condensador es de 0.055 kg NH3/s y
se consideró la presión de generación o sea de saturación de la mezcla LiNO 3NH3 y que va de 800 a 1200 KPa (8-12bar).
Se consideró la temperatura de saturación de acuerdo a la presión de saturación
de la mezcla LiNO3-NH3, esta oscila entre 80-120°C.
El diseño final del tanque quedó de la manera como se muestra en la figura 2.7.
Figura 2.7 Diseño del condensador.
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18
CapÍtulo II
Características de las partes del sistema
2.4 Tanque de almacenamiento.
Con respecto al tanque de almacenamiento se había instalado un tanque de
aluminio que soporta una presión de 1.4 MPa (13.99 bar) que es su presión de
diseño y con un volumen suficiente para almacenar el volumen de amoniaco que
se considero en su diseño que es de 0.330 kg.
En la figura 2.8 se muestra el tanque utilizado.
Figura 2.8 Tanque de almacenamiento de amoniaco.
2.4.1 Rediseño del tanque de almacenamiento.
Dado que la presión de prueba a la que fue sometido el sistema y que mas
adelante se describe el procedimiento de la prueba, es de 1.25 veces la presión
del sistema (12 bar) igual a 15 bar, el tanque no era lo suficientemente resistente
a esta presión por lo que se seleccionó y acondicionó un tanque de extintor que
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19
CapÍtulo II
Características de las partes del sistema
soporta una presión de prueba de 3.4 MPa (33.9 bar) lo cual supera por mucho a
la presión de prueba del sistema.
Además se equipo el nuevo tanque de almacenamiento con un tubo de vidrio para
medir el nivel de amoniaco almacenado con sus respectivas válvulas.
Estas válvulas tienen un vástago que a medida que se cierra hace las veces de
una válvula de bloqueo impidiendo el flujo entre el tanque y el tubo de vidrio; estas
válvulas están hechas en acero inoxidable y soportan una presión de 200 bar. El
tubo es conectado a las válvulas por medio de empaquetaduras de teflón, esta
hecho de vidrio borosilicato templado, químicamente es altamente resistente, Este
tipo de vidrio soporta una temperatura desde -200°C hasta 400°C y esta hecho
para presiones no mayores a 285 psi, además también fue sometido a la prueba
neumática del sistema.
En la figura 2.9 se muestra el nuevo tanque de almacenamiento con su vidrio y
válvulas de nivel.
Válvulas de
nivel.
Tubo de vidrio
para nivel.
Figura 2.9 Tanque de almacenamiento con su medidor de nivel.
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20
CapÍtulo II
Características de las partes del sistema
2.5 Elemento de expansión.
Después del tanque de almacenamiento en la línea que va del tanque de
almacenamiento al evaporador se instalo una válvula de aguja (figura 2.10), esta
válvula tiene su vástago cónico similar a una aguja que ajusta con precisión en su
asiento.
Al abrirla el vástago gira y se mueve hacia afuera permitiendo una regulación de
flujo efectiva a todas las presiones de trabajo, esto es debido al orificio variable
que se forma entre el vástago cónico y su asiento integrado en el cuerpo de la
válvula, cuando cierra el vástago se mueve hacia dentro logrando una
estrangulación exacta de volúmenes pequeños, abren y cierran perfectamente
bajo presión.
El material con la que esta hecha la válvula es acero inoxidable y es
unidireccional, el cuerpo cuenta con una flecha marcada que indica el sentido del
flujo, esta válvula puede utilizarse totalmente abierta, parcialmente abierta o
totalmente cerrada y su caída de presión es bastante considerable.
La presión máxima que soporta es de 4900 KPa (710 psi) y la temperatura
máxima de operación es de -73 a 180°C, el orificio de esta valvula mide 0.156”
(3.962 mm).
Figura 2.10 Válvula de regulación
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21
CapÍtulo II
Características de las partes del sistema
Debido a que el flujo volumétrico de la válvula instalada es alto, comparado con el
flujo del sistema se decidió cambiar la válvula de expansión por una válvula de
marca swagelok; esta válvula tiene un orificio de 0.032” (0.81 mm), mucho mas
pequeño que la válvula anterior y es de mayor precisión, además de tener una
presión de servicio mucho mas alta (figura 2.11), Es de tipo aguja con vástago de
acero inoxidable con obturador cónico, esta válvula trabaja a una temperatura de 23 a 204°C (-10 a 400°F) y su presión de servicio es de 137 bar (2000 psi), y tiene
un coeficiente de caudal ( C v ) de 0.004.
Figura 2.11 Válvula de expansión de la marca swagelok.
En la siguiente figura se puede observar la gráfica del coeficiente de caudal según
las vueltas de apertura de la válvula.
Figura 2.12 Grafica C v vs número de vueltas de apertura de la válvula.
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22
CapÍtulo II
Características de las partes del sistema
2.6 Descripción del evaporador
El serpentín del evaporador fue construido con tubing de aluminio el cual tiene una
longitud de de 3m con un diámetro de 0.0095 m, el serpentín fue colocado en la
cámara frigorífica que para su diseño mecánico fue fabricado de fibra de vidrio de
medidas de 0.31m por 0.25 m. La cámara frigorífica fue diseñada y construida con
doble pared y con una separación de 2 cm entre ellas, espacio donde fue colocado
el material aislante Armaflex. En la figura 2.13 se muestra el evaporador utilizado
en el sistema.
Figura 2.13 Evaporador del sistema.
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23
Capítulo III
Instrumentación y puesta a punto del sistema
CAPITULO III
INSTRUMENTACIÓN Y PUESTA A PUNTO DEL SISTEMA.
En esta sección se indican los pasos necesarios para poner a punto el sistema de
refrigeración antes de cargarlo con la solución, iniciando con la instrumentación,
posteriormente la prueba neumática empezando con el tubo receptor (generadorabsorbedor) y después al sistema completamente equipado; finalmente se
programa el sistema de adquisición de datos para tomar lecturas de temperatura y
presión a través de los respectivos dispositivos de medición.
3.1 Instrumentos para medir la temperatura.
Es importante medir la temperatura en diferentes puntos del sistema, ya que nos
muestra el comportamiento térmico del mismo en sus diferentes partes, para ello
se utilizaron por su mayor precisión 3 termistores marca Cole Palmer con un rango
de temperatura de -40 a 300°F (-40 a 150°C) con una precisión de +-0.2°F desde
32 a 150°F.
Los puntos que se consideraron para medir temperatura son:

A la salida y entrada del generador-absorbedor.

A la entrada del condensador.

A la salida de la válvula de expansión.

A la entrada y salida del evaporador.
En la figura 3.1, 3.2 y 3.3 se observan la posición de los termistores y
transductores ya instalados.
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24
Capítulo III
Instrumentación y puesta a punto del sistema
Termistor.
Transductor
de presión.
Figura 3.1 Termistor y Transductor del CPC al
Condensador.
Transductor
de presión.
Termistor.
Figura 3.1 Termistor y Transductor del
tanque de almacenamiento al evaporador.
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Figura 3.1 Termistor del evaporador al
generador.
25
Capítulo III
Instrumentación y puesta a punto del sistema
3.2 Instrumentos para medir la presión.
Se utilizaron 2 transductores de presión marca Cole Parmer (figura 3.1 y 3.2) con
una escala de medición de 0 a 500 psi, con señales de salida de 4 a 20 mA y 1 a 5
VDC; con una precisión de + - 1% con una temperatura de operación de -40 a
257°F (-40 a 125°C).
Los puntos en donde se considero importante medir la presión son:

A la entrada y salida del generador-absorbedor.

A la entrada y salida del condensador.

En el tanque de condensado.

A la salida de la válvula de expansión.

A la entrada y salida del evaporador.
Para una lectura rápida de la presión y un monitoreo constante en estos puntos se
instalaron manómetros de la marca Infra Metrón con su caratula en kg/cm 2 y en
lb/pulg 2 , lleno de líquido glicerina, con capacidad de medir hasta 300 lb/pulg 2 (21
kg/cm 2 ), con una clase de exactitud del 2.0% a escala completa.
En las figuras 3.4, 3.5 y 3.6 se observan los manómetros instalados en el sistema.
Figura 3.4 Manómetro a la salida
del generador-absorbedor.
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26
Capítulo III
Instrumentación y puesta a punto del sistema
Figura 3.5 Manómetro que va del
condensador al tanque de
almacenamiento.
Figura 3.6 Manómetro a la entrada del evaporador.
3.3 Prueba de fugas del sistema
Es de suma importancia que al sistema, una vez armado, se le hagan pruebas de
fugas. Estas pruebas se hacen tomando en cuenta la presión de trabajo,
considerando un rango de seguridad del 25% mayor a las condiciones de trabajo,
lo cual se hace con el fin de verificar que una vez hecha la carga del par
refrigerante-absorbente no se tengan problemas de esta naturaleza ya que
cargado es mas difícil corregir estos detalles.
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27
Capítulo III
Instrumentación y puesta a punto del sistema
Las pruebas de fugas se llevan a cabo inyectando nitrógeno al sistema; se usa
nitrógeno, dadas sus características químicas de ser 100% inerte, y que al ser
inyectado a temperatura ambiente o con mayor temperatura, sirve para arrastrar
impurezas como la humedad y oxigeno remanentes del aire de la tubería,
obteniendo con esto un manejo seguro y eficiente del fluido que lleve el sistema,
que en este caso es amoniaco. Como la presión de trabajo se estableció en un
rango de 8 a 12 bares, el sistema se probó a 1.25 veces la presión de trabajo
llegando a una presión de prueba de 15 bares. Una vez a esta presión se le aplica
una mezcla de agua jabonosa en cada una de la uniones de todo el sistema, en
caso de detectarse alguna fuga, se despresuriza, abriendo lentamente la válvula
de alivio y asegurándose que la presión esta en cero. Se corrige el problema
según se trate de una fuga por el lado de la cuerda de una conexión, se da un
torque adicional o se desconecta, se revisa el estado de la conexión y se aplica
nuevamente teflón si esta se aprecia en buen estado, o se sustituye si se aprecia
defectuosa. Si la fuga es por una de las válvulas, por ejemplo en el cabezal, se
puede ajustar la tuerca que aprieta el cabezal o si se tiene dudas del estado de la
válvula, se sustituye por otra. Una vez que se corrigió la fuga, se lleva a cabo el
mismo procedimiento hasta no detectar ninguna fuga; entonces todo el sistema se
deja presurizado con nitrógeno durante 12 horas para asegurar que no se
presenten fugas posteriores. Una vez que se llevo a cabo la prueba de fugas, el
sistema de desfoga del nitrógeno y se le hace vacio con el fin de sacar todo el aire
y la humedad que pudiera contener para que el ciclo termodinámico de trabajo se
lleve a cabo conforme al previsto.
3.4 Prueba neumática al tubo receptor (generador – absorbedor).
El tubo receptor del CPC fue sometido a una prueba neumática con nitrógeno para
comprobar la sanidad de las soldaduras en las tapas de los extremos y las
conexiones de entrada y salida del mismo, en la figura 3.7 se muestra el arreglo
de válvulas y manómetros para llevar a cabo la prueba, se utilizó una manguera
que soporta una presión de 500 psi (35 bar) lo cual esta sobrado para realizar la
prueba. El proceso se describe a continuación.
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28
Capítulo III
Instrumentación y puesta a punto del sistema
Figura 3.7 Arreglo de válvulas y manómetro para
realizar la prueba neumática al tubo receptor.
Gradualmente se aplicó presión al tubo receptor hasta alcanzar una presión de 15
bar que es 1.25 veces aproximadamente la presión de trabajo (12 bar), en una
primera etapa se aplico presión a 9 kg/cm 2 y se le aplico indicador universal de
fugas y se observó burbujeo en los conectores de entrada y salida del tubo
receptor, tal como se muestra en la figura 3.8 y 3.9.
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29
Capítulo III
Instrumentación y puesta a punto del sistema
Presión a 9 kg/cm 2
Figura 3.8 Prueba neumática a 9 kg/cm 2
Burbujeo en la
conexión del tubo
receptor debido a una
fuga.
Figura 3.9 Fuga en la conexión del generador-absorbedor a 9kg/cm 2
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30
Capítulo III
Instrumentación y puesta a punto del sistema
Se procedió a retirar las conexiones del tubo receptor y se aplicó en las cuerdas
plastiacero de la marca devcon debido a que uno de los conectores ya había
enroscado a tope y por tanto no se le podía dar un torque adicional. Este
plastiacero es una resina epóxica la cual tiene gran resistencia mecánica y
resistencia a muchos productos químicos entre ellos el amoniaco que es el
elemento con el que trabajara nuestro sistema.
En la tabla 3.1 se muestra la ficha técnica del plastiacero marca devcon utilizado
para el sellado de la fuga.
PROPIEDADES TIPICAS
(A SIETE DIAS DE CURADO A 24 ºC)
VOLUMEN DE SÓLIDOS
VOLUMEN ESPECIFICO
VIZCOSIDAD MEZCLADO
TIEMPO DE APLICACION (454 gr. a
24 ºC)
RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN
ASTM D695
DUREZA SHORE D ASTM D2240
RESISTENCIA A LA FLEXION
ASTM D790
RESISTENCIA A LA TENSION
CORTANTE ASTM D1002
CONTRACCION DE CURADO
ASTM D2566
CONDUCTIVIDAD TERMICA
cm./segcm2 ºC X10-3
RESISTENCIA DIELECTRICA
VOLTS /0025 Mm., ASTM D149
Color
RESISTENCIA A LA
TEMPERATURA
100%
439 cm3/Kg.
PASTA
5 min.
733 Kg./cm2
85
541 Kg./cn2
143 Kg./cm2
0.0006 cm./cm.
2.65
35
GRIS OSCURO
SECO 121 ºC
Tabla 3.1.- Ficha técnica del plastiacero marca devcon.
Una vez que se aplicó la resina epóxica a las cuerdas de los conectores del tubo
receptor se sometió de nuevo a la prueba neumática aplicando una presión de
11kg/cm 2 y por un periodo de 30 minutos aproximadamente, se observo que no
presento fugas el tubo receptor en soldaduras ni en sus conectores tal como se
muestra en las figuras 3.10 y 3.11.
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31
Capítulo III
Instrumentación y puesta a punto del sistema
Figura 3.10 Prueba neumática al tubo receptor a 11kg/cm 2 .
Se aplico plastiacero
transparente a ambas
conexiones para eliminar la
fuga.
Figura 3.11 Prueba neumática al tubo receptor a 11kg/cm 2 .
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Capítulo III
Instrumentación y puesta a punto del sistema
Se siguió aplicando presión al tubo receptor por tiempo de 3 a 4 horas,
incrementando la presión a razón de 1kg/cm 2 cada media hora aproximadamente
hasta alcanzar la presión de prueba de 15kg/cm 2 y se observó que no hubieron
fugas en las soldaduras superior e inferior del tubo receptor ni en la brida en la
parte inferior tal como se muestra en las figura 3.12 y 3.13 para garantizar que el
tubo receptor esta en óptimas condiciones para ser instalado en el sistema.
Figura 3.12 Prueba neumática al tubo receptor a 15kg/cm 2
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33
Capítulo III
Instrumentación y puesta a punto del sistema
No se observó burbujeo
durante la prueba en la junta
de las bridas.
Figura 3.13 Prueba neumática a la brida del tubo receptor a 16kg/cm 2 .
3.5 Prueba neumática al sistema de tuberías.
Una vez que se hizo la prueba neumática al generador-absorbedor y se comprobó
que no tiene fugas y se instalaron los manómetros, transductores de presión y los
termistores en los puntos convenientes del sistema se procede a realizar una
última prueba neumática, esto con el fin de comprobar que no existan fugas en
todo el sistema de tuberías y garantizar que este listo para la carga de la solución
del sistema y posteriormente para la fase de evaluación experimental. El
procedimiento se describe a continuación.
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34
Capítulo III
Instrumentación y puesta a punto del sistema
En la figura 3.14 se muestra el arreglo de conexiones del tanque de nitrógeno al
sistema para realizar la prueba.
Figura 3.14 Conexión del tanque de nitrógeno al sistema.
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35
Capítulo III
Instrumentación y puesta a punto del sistema
Se inicio la prueba neumática aplicando presión en forma gradual hasta alcanzar
una presión de 7kg/cm 2 y se encontró la primera fuga a la salida del generadorabsorbedor como se nuestra en la figura 3.15.
Se observa
burbujeo en la
conexión.
Figura 3.15 Fuga a la salida del generador-absorbedor a 7kg/cm 2
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36
Capítulo III
Instrumentación y puesta a punto del sistema
Se le dio un apriete adicional al conector de tubing eliminando así la fuga en ese
punto del sistema.
Se continuó aplicando presión en forma gradual al sistema hasta alcanzar una
presión de 11kg/cm 2 y se presentó una fuga en la válvula de paso a la salida del
evaporador en la línea que va del evaporador al generador-absorbedor, tal como
se muestra en la figura 3.16.
Se observó burbujeo
debido a las fugas.
Figura 3.16 Fuga a la salida del evaporador a 11kg/cm 2
Para eliminar la fuga en este punto del sistema se procedió a retirar la válvula de
paso junto con sus conexiones y se aplico un sellador industrial de la marca
Loctite 290 que esta diseñado para el sellado de componentes roscados;
posteriormente se monto la válvula en su sitio.
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37
Capítulo III
Instrumentación y puesta a punto del sistema
Una vez eliminando todas las fugas existentes del sistema se alcanzó la presión
de prueba que es de 15kg/cm 2 como se muestra en la figura 3.17. Garantizando
así que el sistema se encuentra en óptimas condiciones para la fase de carga del
sistema y pruebas experimentales.
Figura 3.17 Presión de prueba neumática de 15kg/cm 2 .
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38
Capítulo III
Instrumentación y puesta a punto del sistema
3.6 Programa de Adquisición de Datos
El programa de adquisición de datos nos ayudará a adquirir y archivar datos de
medición así como visualizarlas gráficamente añadiendo o configurando gráficos
en cualquier momento, podemos también copiar datos y gráficos de mediciones en
un archivo para utilizarlos en otras aplicaciones.
Una parte importante en la instrumentación del sistema es la Unidad de
Adquisición/Conmutación de Datos Agilent 34970A de la marca hewlett packard,
ya que esta nos permitirá tener un monitoreo en tiempo real y con una medición
precisa la lectura de presión y temperatura. Este instrumento tiene es su parte
posterior tres ranuras que aceptan igual numero de tarjetas multiplexor y que
aceptan cualquier combinación de módulos de las funciones de registro y
adquisición.
3.6.1 Tarjeta multiplexor
La tarjeta multiplexor de Inducidos es el medio que va conectado a nuestros
dispositivos de medición como los son los transductores de presión y termistores
los cuales enviaran señales en forma de voltaje, ya sea el caso del termistor o en
forma de corriente de ca en el caso del transductor; esta tarjeta es de 20 canales y
puede hacer mediciones de tensión cc, tensión ca, resistencia, corriente cc,
corriente ca, frecuencia y periodo.
Figura 3.18 Unidad de Adquisición / Conmutación de Datos y la tarjeta
Multiplexor de Inducido de 20 canales HP 34901A .
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39
Capítulo III
Instrumentación y puesta a punto del sistema
3.7 Programación de los dispositivos de medición.
Una vez que ya se ha conectado los dispositivos de medición del sistema a la
tarjeta multiplexor e insertado en el instrumento de adquisición de datos, este se
conecta a un ordenador, esto con el fin de facilitar el uso del HP 34970A por medio
del software HP VEE 5.0, una aplicación basada en Windows XP, en este software
se llevara a cabo el programa de adquisición de datos de los instrumentos de
medición el cual se describe a continuación.
3.7.1 Programación un termopar tipo J en HP VEE.
Para la adquisición de datos del termopar tipo J se deben seguir los siguientes
pasos:
1. Para dar de alta el termopar tipo J Primero tenemos que dar de alta el canal
de la tarjeta multiplexor en donde se ha conectado el termopar tipo J,
primero hacemos clic en la pestaña I/0 y se hace clic en Instrument
Manager. En la ventana generada se da clic en Add Instrument y se abrirá
la ventana Device Configuration, en esta ventana nombraremos nuestro
instrumento en el campo name al cual hemos nombrado PRUEBA 1 y en el
campo interface seleccionamos serial; en el campo adress ponemos 1, en
esa misma ventana, Device Configuration, damos clic en Advanced I/O
Configuration, se abrirá otra ventana, Advanced Device Configuration, en la
pestaña General seleccionaremos ON en el campo live Mode y daremos
OK.
2. Una vez que se ha dado de alta el canal y se ha creado el puerto, creamos
una interface para comunicar todos los elementos que queramos añadir al
programa, para ello seguimos la siguiente ruta: I/O > instrument manager,
de nuevo en esta ventana podremos observar el puerto que creamos, tal
como se muestra en la siguiente figura 3.19 lo seleccionamos y damos clic
en Direct I/O.
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40
Capítulo III
Instrumentación y puesta a punto del sistema
Nuevo puerto creado
PUEBA 1, lo
seleccionamos y damos
clic en Direct I/O.
Figura 3.19 Se muestra nuestro puerto que hemos dado de alta para el termopar tipo J.
3. Después de haber creado nuestra interface se procede a colocar un
comando de inicio del programa con la siguiente ruta: flow > start.
4. Ahora creamos un ciclo para ingresar la frecuencia con la que deseamos
que se hagan las lecturas de las mediciones, esto lo hacemos con la
siguiente ruta: Flow>Repeat>On cycle; una vez creado nuestro comando de
inicio e introducido el ciclo, unimos ambos elementos a nuestra interfaz
como se observa en la siguiente figura:
Figura 3.20 Interface en HP VEE.
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41
Capítulo III
Instrumentación y puesta a punto del sistema
5. El siguiente paso es introducir el siguiente comando: "MEAS:TEMP? TC,J,
(@101)" para que nuestro programa reconozca el dispositivo de medición
que en este caso es un termopar tipo J, entre los paréntesis se ha puesto
@101 porque ese es el canal que dimos de alta. Este paso lo hacemos
como se ilustra en la siguiente figura:
Se introduce el comando para dar de
alta el termopar tipo J y damos OK.
Hacemos doble clic para que
aparezca la ventana I/O transaction
Figura 3.21 Introducción del comando para un termopar tipo J.
6. Posteriormente se le asigna un valor a este instrumento para que se lleve a
cabo la lectura del mismo
Se cambia de WRITE a
READ.
Se asigna un valor para la
lectura del instrumento.
Hacemos doble clic para
que aparezca la pantalla
I/O Transaction.
Figura 3.22 Asignación de la instrucción para el termopar tipo J.
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42
Capítulo III
Instrumentación y puesta a punto del sistema
7. Ahora se asigna un valor como señal de salida haciendo clic derecho en la
parte superior izquierda del conmutador, aparecerá una barra en la cual se
selecciona Add Trerminal>Data Output, y aparecerá un valor por default.
Figura 3.23 Asignación de un valor de salida para la lectura del termopar
.tipo J.
Modificaremos ese valor y asignamos el mismo valor que asignamos al termopar
tipo J, como se muestra en la figura 3.24.
Se cambia el valor que viene
por default “X” por “A” que es
el valor del comando.
Figura 3.24 igualamos los valores para el termopar tipo J.
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43
Capítulo III
Instrumentación y puesta a punto del sistema
El termopar tipo J ya trae de fabrica los valores para mostrar la temperatura
directa en Grados Celsius. Por ultimo se elige una ventana para poder visualizar
las lecturas del termopar siguiendo la ruta: Display>AlphaNumeric. Después
unimos el elemento AlphaNumeric a la interface y habrá quedado como se ilustra
en la figura 3.25.
Figura 3.25 Insertamos un AlphaNumeric para visualizar la
lectura del termopar tipo J.
3.7.2 Programación de un Termistor.
1. Llevamos a cabo el paso numero 5 del procedimiento para el termopar, en
este caso introduciremos el comando "MEAS:TEMP? THER, 2252, (@104)",
escribimos @104 porque es el canal que elegimos en nuestra tarjeta
multiplexor.
2. seguimos el paso 6 del caso anterior con la diferencia que ahora le
asignamos un valor diferente para el termistor, en este caso lo llamaremos
B.
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44
Capítulo III
Instrumentación y puesta a punto del sistema
3. Asignamos un valor como señal de salida como se describe en el paso 7
del caso anterior, en este caso también lo llamaremos B.
4. Al igual que el termopar tipo J, la unidad de adquisición de datos ya trae de
fabrica los valores para que el termistor de lecturas directamente en grados
Celsius. Y por ultimo agregamos el elemento AlphaNumeric para visualizar
las lecturas como se describe en el paso 7 anterior.
3.7.3 Programación de un transductor de presión.
1. seguimos el paso numero 1 del procedimiento para el termopar tipo J;
Ingresamos el comando "MEAS:VOLT:DC? (@103)" para que el programa
reconozca al transductor.
2. Repetimos el paso 6 y 7 del procedimiento para el termopar tipo J;
En este caso nombraremos con la letra C.
3. A diferencia del termopar y el termistor, en el caso de un transductor
tenemos que introducir la siguiente ecuación de de linealización:
y  31250 x  125 para que la lectura de presión se de directamente en psi. Y
para finalizar agregamos un AlphaNumeric para visualizar las lecturas.
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45
Capítulo III
Instrumentación y puesta a punto del sistema
En la figura 3.26 se muestra el entorno gráfico del programa HP VEE 5.0 con el
programa de adquisición de datos del sistema.
Figura 3.26 Programa de adquisición de datos en HP VEE 5.0
3.8 Prueba de campo del programa de Adquisición de Datos
Se hizo una prueba de campo con la finalidad de comprobar el correcto
funcionamiento de los instrumentos de medición y del programa de adquisición de
datos, la prueba consiste en presurizar el sistema a diferentes presiones y hacer la
comparación entre las lecturas de los manómetros y las lecturas del sistema de
adquisición de datos para verificar que no haya una variación considerable de al
menos 1kg/cm 2 entre ambas lecturas. El procedimiento se describe a
continuación.
También se hicieron lecturas de temperatura ambiente entre los termistores y el
termopar tipo J.
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46
Capítulo III
Instrumentación y puesta a punto del sistema
La prueba de campo se inició presurizando el sistema alrededor de 1kg/cm 2 y se
hizo la comparación entre la lectura de los manómetros y la lectura de la unidad de
adquisición de datos y se observó que no hubo una variación significativa entre
ambas lecturas, tal como se muestra en la figura 3.27.
Figura 3.27 Prueba de campo aproximadamente a 1kg/cm 2 .
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47
Capítulo III
Instrumentación y puesta a punto del sistema
La prueba continuó elevando la presión alrededor de 1.5 kg/cm 2 , para esta
presión no se observó variación entre las lecturas del programa de adquisición de
datos y los manómetros como se muestra en la figura 3.28.
Figura 3.28 Prueba de campo aproximadamente a 1.5kg/cm 2 .
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48
Capítulo III
Instrumentación y puesta a punto del sistema
Se elevó la presión alrededor de 4 kg/cm 2 como se muestra en la figura 3.29 y se
observó que no hubo una variación significativa entre las lecturas del manómetro y
la lectura del sistema de adquisición de datos, la variación de las medidas de
presión se muestra en la grafica TIME-PRESIÓN.
Figura 3.29 Prueba de campo alrededor de 4 kg/cm 2 .
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49
Capítulo III
Instrumentación y puesta a punto del sistema
Se aplicó una presión máxima alrededor de 6 kg/cm 2 como se muestra en la figura
3.30 y se verificó que no hubo una variación significativa entre las lecturas del
manómetro y las lecturas del programa de adquisición de datos, también se
muestra la grafica de la variación de la presión respecto al tiempo.
Figura 3.30 Prueba de campo alrededor de 6 kg/cm 2 .
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50
Capítulo III
Instrumentación y puesta a punto del sistema
Para finalizar la prueba se despresurizo el sistema hasta llegar a una presión de
0.044 kg/cm 2 en la lectura del programa de adquisición de datos como se muestra
en la figura 3.31 y se verificó que no hubo variación entre las lectura de los
manómetros y del programa de adquisición conforme se liberaba la presión del
sistema.
Figura 3.31 Prueba de campo a 0.044 kg/cm 2 .
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51
Capítulo III
Instrumentación y puesta a punto del sistema
La prueba de campo se programó con una frecuencia de una medición por
segundo; en la figura 2.32 se muestra la grafica Tiempo-Presión (kg/cm 2 ) y se
observa el comportamiento de la prueba de campo, se muestra la variación de la
presión que comenzó con 1kg / cm 2 hasta una presión máxima alrededor de
6kg / cm 2 y después de despresurizó el sistema hasta llegar a 0kg / cm 2 .
7
6
Presión (kg/cm2)
5
4
3
2
1
0
19:48:00
19:55:12
20:02:24
20:09:36
20:16:48
20:24:00
20:31:12
Tiempo
Figura 3.32 Gráfica Tiempo/Presión de la prueba de campo.
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52
Capítulo III
Instrumentación y puesta a punto del sistema
Para el caso de las lecturas de temperatura, arrojaron pequeñas diferencias entre
el termopar tipo J y los termistores, en la figura 3.33 se muestra la lectura del
termistor (THERMISTOR 1) y su gráfica Temperatura – Tiempo, posicionado a la
salida del generador-absorbedor dando una lectura de 27.1°C.
Frecuencia
Temperatura del termistor a
la salida del generador en °C.
Figura 3.33 Temperatura en el THERMISTOR 1 a la salida del generador
La temperatura a la salida a la salida de la válvula de expansión en la línea que va
del tanque de almacenamiento al evaporador se puede observar en la figura 3.34.
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53
Capítulo III
Instrumentación y puesta a punto del sistema
Figura 3.34 Temperatura en el THERMISTOR 2 del tanque de
almacenamiento al evaporador.
Y por último se tomo la lectura del termistor que va del evaporador al generadorabsorbedor el cual se puede observar en la figura 3.35.
Figura 3.35 Temperatura en el THERMISTOR 2 del tanque de
almacenamiento al evaporador.
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54
Capítulo III
Instrumentación y puesta a punto del sistema
En la figura 3.36 se observa el sistema de refrigeración por absorción intermitente
instrumentado; conectado a la Unidad de Adquisición/Conmutación de datos
montado en la plataforma del laboratorio de Energía de la U.V. Campus
Coatzacoalcos.
Tanque de
almacenamiento.
Condensador.
Unidad de Adquisición/Conmutación de
datos.
Concentrador Parabólico Compuesto (CPC).
Evaporador.
Figura 3.36 Sistema instrumentado con el Sistema de Adquisición de Datos.
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55
Conclusiones y recomendaciones
Conclusiones y recomendaciones
Las conclusiones del presente trabajo son las siguientes:
1. Se rediseñó y mejoró el tubo receptor (generador-absorbedor), se aplicó
soldadura TIG (Tungsten Inert Gas) para sellar ambas tapas del generador.
2. Se rediseñó y mejoró el tanque de almacenamiento; se sustituyó por otro
tanque de mayor capacidad de presión y se instrumentó con válvulas de
nivel y tubo de vidrio para nivel.
3. Se instrumento el sistema con válvulas, manómetros, un termopar tipo J,
termistores y transductores.
4. los dispositivos
seleccionados en el diseño, tales como válvulas,
conexiones y manómetros resistieron la prueba neumática, así como el
sistema de tuberías y el tubo receptor, eliminando por completo fugas en el
sistema.
5. Con el uso de la Unidad de Adquisición/Conmutación de Datos Agilent
34970A, fue mucho mas eficiente el monitoreo de las variables del sistema
al procesar y almacenar de manera rápida y sencilla las lecturas de
medición.
A manera de conclusión general se puede decir que se han cumplido los objetivos
de este trabajo: se llevo a cabo la selección de los materiales adecuados e
instrumentos de medición, la instrumentación del sistema apoyados del Programa
de Adquisición de Datos y finalmente se realizó la prueba neumática eliminando
por completo fugas en el sistema; podemos llegar a la conclusión de que el
sistema esta listo para que se haga la carga de la mezcla de trabajo y empezar la
fase de evaluación experimental.
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56
Conclusiones y recomendaciones
Recomendaciones
De acuerdo a todo el tiempo invertido en este trabajo y la experiencia que me deja
el mismo, se pueden hacer las siguientes recomendaciones:
1. Al momento de seleccionar conexiones roscadas, se debe cerciorar de
conseguirlos todos por un mismo proveedor o fabricante, así se evitaran
problemas de fugas y de roscado a la hora de ensamblar la tubería del
sistema, así como sustituir conexiones roscadas que se hayan dañado de
las cuerdas.
2. Se debe hacer la correcta selección de los elementos de medición de
temperatura y presión y no sobrepasar los límites permisibles para cada
uno.
3. Se debe instalar un tercer transductor en la línea que va del evaporador al
generador-absorbedor.
4. Se debe instalar una válvula de alivio a la salida del generador-absorbedor
sobre la línea que va del generador al condensador.
5. Realizar minuciosamente las conexiones a la Unidad de Adquisición de
Datos, verificando siempre donde deben colocarse cada unos de los cables.
6. Configurar de manera correcta el Sistema de Adquisición de Datos en el
programa HP VEE u otro que cumpliera el mismo objetivo, esto para evitar
lecturas erróneas.
UNIVERSIDAD VERACRUZANA
57
Bibliografía
1. Campos García José Roberto y Mayo Hernández Elpidio. (2010) “Diseño y
construcción de un refrigerador solar por absorción intermitente”. (Tesis de
licenciatura). Universidad Veracruzana.
2. Carlos Octavio Rivera Blanco. (2006). “Simulación, diseño y evaluación de
un refrigerador solar intermitente usando un CPC como generadorabsorbedor.”(Tesis de doctorado). UNAM.
3. Pilatowsky Figueroa, Isaac, “Métodos de producción de frio”. , Universidad
Nacional Autónoma de México. Editorial UNAM, 1999.
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6. “Manometros”, 12-11-2010,
http://www.metron.com.mx/2media.html
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http://www.coleparmer.com/catalog/product_view.asp?sku=3288403
8. “Resinas epoxi weicon”, 13-10-2010
http://www.lidering.com/pdfs/productos%20para%20fabricacion/resin
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9. Servicios especializados de inyección de nitrógeno, 3-11-2010,
http://www.cryoinfra.com/aplicaciones/item/78-serviciosespecializados-de-inyecci%C3%B3n-de-nitr%C3%B3geno
UNIVERSIDAD VERACRUZANA
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