Estudio teórico y experimental de los procesos de transmisión de calor y transferencia de masa en columnas de destilación empacadas para sistemas de refrigeración por absorción con amoníaco-agua

Resum

El objetivo de esta tesis ha sido el estudio teórico y experimental de los procesos de transmisión de calor y transferencia de masa en columnas de destilación empacadas para sistemas de refrigeración por absorción con amoníaco-agua. El estudio teórico se ha realizado mediante simulación numérica, y el experimental mediante el diseño, construcción y evaluación de un banco de ensayos. Se analiza de forma teórica la importancia y los efectos que tiene el proceso de purificación en amoníaco de los vapores que se producen en el generador en un sistema de absorción de amoníaco-agua, contemplándose la posibilidad de utilizar un evaporador de tipo seco o inundado. Se presenta un modelo de cálculo diferencial para analizar los procesos simultáneos de transferencia de color y de masa que se dan en los distintos componentes de un sistema de absorción de NH3-H2O. El modelo se ha particularizado e implementado informáticamente para simular dos componentes típicos utilizados para el proceso de purificación de la mezcla amoníaco-agua: un tramo de columna empacada y un rectificador. Para la columna se considera un empaque de tipo aleatorio y para el recitificador, una geometría de tipo serpeentín helicoidal. Se ha desarrollado, además, un modelo simplificado para un tramo de columna empacada, que podría utilizarse para estimar coeficientes volumétricos de transferencia de masa a partir de mediciones experimentales. El trabajo experimental se ha llevado a cabo mediante el diseño y construcción de un banco de ensayos. El banco de ensayos se ha diseñado para analizar un tramo de columna empacada funcionando como sección de rectificación o agotamiento y en condiciones de trabajo similares a las que se presentan en un sistema de refrigeración por absorción de amoníaco-agua para una producción frigorífica de unos 10 kW. Se describe el banco de ensayos construido, indicando los distintos componentes utilizados y su disposic