Determinación cuantitativa de la composición de mezclas de trabajo para sistemas de refrigeración mediante espectroscopia de infrarrojo cercano
- Autores: M. Isabel Barba Garrancho
- Directores de la Tesis: Alberto Coronas Salcedo (dir. tes.), María Soledad Larrechi García (codir. tes.)
- Lectura: En la Universitat Rovira i Virgili ( España ) en 2016
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: María Pilar Callao Lasmarías (presid.), José Juan Segovia Puras (secret.), Anil Kumar Emadabathuni (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ingeniería Termodinámica de Fluidos por la Universidad de Burgos; la Universidad de Santiago de Compostela; la Universidad de Valladolid y la Universidad Rovira i Virgili
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: TDX
- Resumen
En los equipos de refrigeración por absorción las mezclas de trabajo refrigerante/ absorbente, como amoniaco/agua o agua/ bromuro de litio, cambian de composición a lo largo del ciclo termodinámico debido a los procesos de absorción y separación que tienen lugar en sus componentes. Para el buen funcionamiento y control de estos equipos es de gran interés disponer de un método de análisis no intrusivo y con suficiente precisión y exactitud que permita determinar cuantitativamente la composición de la mezcla de trabajo en componentes como el absorbedor.
También los equipos de refrigeración por compresión utilizan mezclas de refrigerantes con el fin de mejorar las propiedades de los fluidos puros. En este contexto, la determinación de la composición de la mezcla a lo largo del ciclo aporta información útil para conocer el comportamiento termodinámico de estas mezclas y facilita el desarrollo de nuevos componentes.
El objetivo de esta tesis es desarrollar métodos de análisis basados en la espectroscopia de infrarrojo cercano para la determinación cuantitativa de mezclas amoniaco/agua y agua/bromuro de litio en condiciones típicas de sistemas de refrigeración por absorción y de dióxido de carbono/propano para sistemas de refrigeración por compresión.
La espectroscopia de infrarrojo cercano presenta características idóneas para el análisis cuantitativo de la composición de tales mezclas, ya que en dicha región espectral es posible registrar intensas bandas de absorción de los grupos funcionales -NH; -OH y – CO, presentes en el agua, amoniaco y dióxido de carbono. Además, las bajas absortividades molares de los compuestos en la zona espectral del infrarrojo cercano hacen posible el análisis de muestras muy concentradas sin efectuar tratamientos previos. Existen una gran variedad de componentes ópticos a nivel comercial que pueden utilizados en diferentes configuraciones para registrar los espectros de las muestras que se analizan sin alterar las condiciones de trabajo, es decir “in-situ”.
Los métodos de análisis de mezclas de NH3/H2O y de H2O/LiBr se basan en la medida de su espectro infrarrojo en la región espectral entre 700 y 1100 nm. Para el análisis “in-situ” de mezclas de NH3/H2O con fracciones másicas de amoniaco superiores al 30% se diseñaron y construyeron celdas de medida que permiten trabajar a presión con el fin de obtener espectros empleando diferentes configuraciones instrumentales basadas en la medida de la transflectancia y de la transmisión de la radiación. Como resultado se obtuvieron correlaciones empíricas de la absorbancia a 1033 nm, la concentración de amoniaco, la presión y la temperatura de la mezcla, que fueron validadas utilizando como referencia los valores determinados a partir de medidas de densidad con un equipo de densimetría de tubo vibrante.
El método desarrollado para la configuración basada en la transmisión fue implementado para el análisis de la corriente NH3/H2O con una fracción másica de amoniaco del 40%, a presiones entre 3.5 y 4 bar y temperaturas entre 25 y 35oC que circula por el absorbedor de un banco de ensayos, obteniéndose una desviación relativa cuadrática media del 1.1% comparable al del método basado en la medida de densidad con caudalimetros de Coriolis.
Se ha desarrollado un método de análisis para determinar en el intervalo de temperaturas de 323.15-353.15K, la fracción másica de LiBr en muestras de H2O/LiBr, con intervalos de concentración entre 5% y 65%. En el intervalo de concentraciones de LiBr del 45% al 65%, característico de los fluidos, los resultados de las correlaciones establecidas se ha validado con valores referenciados en la literatura, obtenidos a partir de medidas de densidad, índice de refracción, conductividad eléctrica y velocidad del sonido.
Se han desarrollado métodos de análisis para la determinación de la concentración molar de dióxido de carbono (CO2) y de propano (C3H8) de una corriente que circula por una bomba de calor de compresión instalada en un banco de ensayos, que opera a presiones entre 21.4-102.1 bar y a temperaturas entre 11.8 -92.5 oC . En este caso, se trabaja en la región espectral entre 1100 y 2500 nm utilizando un espectrofotómetro disponible en el banco de ensayos. En este sistema de forma simultánea al análisis espectroscópico se realizó un análisis cromatográfico de la corriente. Las desviaciones de la concentración molar del CO2 y del C3H8 fueron de 0.2661 mol/L y 0.0406 mol/L, respectivamente, con desviaciones cuadrática medias entre 7.2 y 11% para el CO2 y entre 0.35 y 4.6 % para el C3H8.
