6.1 Conclusiones
Las principales conclusiones de esta tesis son las siguientes:
Se ha ampliando la base de datos de amoníaco/agua/hidróxidos existente hasta la fecha para
NaOH y KOH con los datos de la mezcla NH3/H2O/LiOH. Los datos del equilibrio liquido-
vapor de la mezcla ternaria corresponde a fracciones másicas entre 10 y 40 % de amoníaco y entre 3 y 11 % de hidróxido de litio, con temperaturas comprendidas entre 293.15 y 353.15 K. Las medidas de la capacidad calorífica se han realizado para fracciones másicas comprendidas entre 10 y 40 % de amoníaco y entre 2 y 10 % de hidróxido de litio a temperaturas comprendidas entre 302.77 y 372.10 K, con una presión constante de 2MPa.
Los resultados del equilibrio (temperatura, presión y composición) se han correlacionado
empíricamente.
La densidad de la mezcla NH3/H2O/LiOH se ha calculado utilizado el modelo propuesto por
Laliberté y Cooper y validado por Salavera et al (2006) para las mezclas NH3/H2O/NaOH y
NH3/H2O/KOH.
Los resultados experimentales de la capacidad calorífica se han correlacionado
empíricamente en función de la temperatura y la composición de la mezcla con valores de
la desviación cuadrática media del 0.10 % para la mezcla NH3/H2O/LiOH con una fracción
másica de 10 % de NH3, y para la mezcla NH3/H2O/LiOH del 0.22 % con una fracción
másica de NH3 comprendida entre 20 y 40 % y una fracción másica de LiOH entre 2 y
Del estudio comparativo del efecto de los hidróxidos (NaOH, KOH, LiOH) sobre el
equilibrio liquido-vapor de la mezcla NH3/H2O utilizando datos experimentales para la
construcción de los diagramas P-T-X de estas mezclas ternarias se concluye que, los hidróxidos de sodio y de potasio tienen un comportamiento muy similar, disminuyendo en
ambos casos la temperatura de ebullición en relación a la de la mezcla NH3/H2O. Así, por
ejemplo para una concentración másica de hidróxido del 4 % en agua, esta reducción es de 7 K para el NaOH, 10 K para el KOH y 8 K para el LiOH. Cuando la concentración se aumenta al 12 %, esta reducción es de aproximadamente 21 K para el NaOH y el KOH y de 15 K para el LiOH para una presión de 12.7 bar.
Para determinar el efecto de la adición de hidróxido no solo en el equilibrio líquido-vapor
sino dentro de un ciclo completo de refrigeración se ha realizado la modelización y simulación de un ciclo de refrigeración por absorción que utiliza como fluido de trabajo las
mezclas NH3/H2O/NaOH y NH3/H2O/KOH en condiciones habituales utilizando un
simulador de proceso. Cuando no se utiliza un sistema de separación del hidróxido, a concentraciones elevadas de hidróxido el proceso de absorción queda muy paralizado de manera que el rendimiento del ciclo a elevadas concentraciones de hidróxido empieza a estabilizarse. Es por ello que sin sistema de separación no seria recomendable trabajar a fracciones másicas superiores al 8%. En cualquier caso los resultados obtenidos con NaOH son mas favorables que con KOH.
La separación del NaOH de las mezclas NH3/H2O/NaOH puede realizarse mediante
membranas de poliamida utilizadas comúnmente en sistemas de purificación de aguas salobres y de desalación de agua de mar con tecnología de ósmosis inversa. Los estudios realizados muestran que la membrana más eficaz es la de desalación de agua de mar. Las ensayos se han realizado para una fracción másica de amoníaco comprendida entre 10 y 30 % y de NaOH entre 2 y 5 % con una presión de operación de 40 bar, utilizando un caudal de alimentación de 0,7 l/min y una circulación del flujo de alimentación en continuo.
Según los resultados obtenidos para separar el máximo posible de NaOH de las mezclas
NH3/H2O/NaOH procedentes de la solución pobre del generador de un ciclo de
refrigeración por absorción de amoníaco/agua es necesario llevar a cabo varias etapas de separación por ósmosis inversa, siete para la membrana utilizada en sistemas de purificación de aguas salobres y tres para la membrana utilizada normalmente es desalación
de agua de mar alcanzándose aproximadamente el mismo porcentaje de rechazo. En conclusión, esta última resulta la más eficaz en el caso de disoluciones con amoniaco.
Los resultados obtenidos con la modelización y simulación del ciclo de refrigeración
operando con la mezcla ternaria NH3/H2O/NaOH y considerando un sistema de separación
no ideal de NaOH con una eficiencia del 99 %, el cual es factible de acuerdo con nuestros ensayos experimentales, permiten establecer las condiciones de operación más favorables para este sistema y así mismo, permiten constatar un incremento del COP del 20% respecto a la mezcla binaria. También permiten cuantificar una disminución en la temperatura del generador de 107 ºC a 93ºC, en el número de etapas de la columna de destilación, de 6 a 3 con una fracción másica de 8 % NaOH y en la potencia del rectificador respecto al ciclo
convencional de NH3/H2O, de 188 kW a 133kW.
6.2 Perspectivas de trabajo futuro
Realizar ensayos de separación del hidróxido con membranas de ósmosis inversa en
condiciones óptimas de separación. Hasta el momento se han realizado únicamente ensayos a una presión transmembranal de 39 bar pero sería necesario completar los ensayos a presiones más elevadas.
Realizar ensayos de separación del hidróxido con otros tipos de membranas de ósmosis
inversa. Hasta el momento solamente se han realizado ensayos con membranas de poliamida convencionales empleadas habitualmente para desalinización de agua de mar y agua salobre pero sería interesante ensayar más tipos de membranas, por ejemplo, del tipo cerámico que ofrecen mejor resistencia mecánica para estudiar su compatibilidad con las condiciones de operación de un ciclo de refrigeración por absorción.
Estudiar distintas alternativas para minimizar el consumo de energía mecánica adicional que
supone la separación por ósmosis inversa. Para llevar a cabo la separación por ósmosis inversa se requiere el empleo de alta presión, lo que conlleva un consumo energético elevado que pone en peligro la mejora en COP experimentado con las nuevas mezclas. Esto no impide que el resto de beneficios asociados al uso de hidróxidos, principalmente reducción de la temperatura de accionamiento y mejora de la separación del amoniaco, sigan siendo suficientemente importantes para considerar la adición de hidróxidos. Sin
embargo, si que resultará interesante estudiar alternativas para reducir el consumo energético mecánico para la bomba de alta presión del sistema de separación del hidróxido.
Realizar ensayos de corrosión en las condiciones de operación de un ciclo de refrigeración
por absorción. Los resultados obtenidos hasta el momento con los primeros ensayos de corrosión realizados indican que el nivel de corrosión con las concentraciones de hidróxido manejadas, puede ser tolerable, pero sería interesante realizar más ensayos, por ejemplo: a temperaturas más elevadas similares a las existentes en el generador del equipo de absorción, con distintos materiales de diferentes características, etc