Influencia de la relación etanol / carbón activado en sistemas de refrigeración

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(1)Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA. UN T. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO. ría. Qu ím. ica. ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL. ge nie. INFLUENCIA DE LA RELACIÓN ETANOL/ CARBÓN ACTIVADO EN SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN. de. In. TESIS PARA OPTAR EL TITULO DE INGENIERO AMBIENTAL. AUTORES:. BR. CHÁVEZ CARBAJAL, JESSYCA. Bi bli. ot. ec. a. BR. MOSTACERO ARMAS, KATIA EVELYN. ASESOR:. DR. CROSWEL EDUARDO AGUILAR QUIROZ. TRUJILLO – PERU 2013. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(2) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA. UN T. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO. ría. Qu ím. ica. ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL. ge nie. INFLUENCIA DE LA RELACIÓN ETANOL/ CARBÓN ACTIVADO EN SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN. de. In. TESIS PARA OPTAR EL TITULO DE INGENIERO AMBIENTAL. AUTORES:. BR. CHÁVEZ CARBAJAL, JESSYCA. Bi bli. ot. ec. a. BR. MOSTACERO ARMAS, KATIA EVELYN. ASESOR:. DR. CROSWEL EDUARDO AGUILAR QUIROZ. TRUJILLO – PERU 2013. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(3) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Dedico este trabajo a Dios, por guiarme cada día. UN T. a lo largo de mi camino, por ser el hacedor de todas las grandes cosas que suceden en mi vida y por cuidar de mi y de mi familia.. mi. padre, José por sus muestras de. ica. A. afecto. A madre Juanita, por. su. apoyo. para. Qu ím. incondicional, por su esfuerzo día a día sacar. por su. adelante nuestra familia y. gran amor. y. comprensión, que. me inspiran a crecer como persona y. ría. a no desmayar en el intento de alcanzar mis. ge nie. metas. Te amo, mamá. Lo logramos!. A mis hermanos Gladys, Pepe, Viky y Maritza, por su cariño, comprensión. y cuidado a lo. largo de todos estos años, por ser mis grandes. In. ejemplos a seguir y enseñarme lo que es la. A. Linda y Rocio, que son como mis. hermanas, por su gran cariño y apoyo durante todos estos años. Gracias!. Bi bli. ot. ec. a. de. valentía, la honestidad y el trabajo.. Los amo, familia! Jessyca Chávez Carbajal. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(4) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. A Dios, por haberme permitido llegar hasta este. UN T. punto y haberme dado salud para lograr mis objetivos, además de su infinita bondad y. ica. amor.. A mi padre Evelio, por los ejemplos de. Qu ím. perseverancia, integridad y constancia que lo caracterizan y que me ha infundado siempre, por el valor mostrado para salir adelante y por su. ría. amor.. A mi madre Caty, por haberme apoyado en todo. ge nie. momento, por sus consejos, sus valores, por la. motivación constante que me ha permitido ser. una persona de bien, pero más que nada, por su. Bi bli. ot. ec. a. de. In. amor infinito.. A mis hermanos Anthony y Evelyn, por ser mis ejemplos de quienes aprendí de aciertos y de momentos difíciles; a mi tía Magda y Luisa, por quererme como una hija. A toda mi familia por su apoyo y a todos aquellos que participaron directa o indirectamente en la elaboración de esta tesis. ¡Gracias a ustedes!. Katia Evelyn Mostacero Armas. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(5) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. UN T. AGRADECIMIENTO. Agradecemos profundamente por el gran apoyo brindado en la realización del presente. trabajo al Jefe de Laboratorio de Catálisis y Adsorbentes de la U.N.T., Dr. Croswel Eduardo Aguilar Quiroz, por brindarnos la oportunidad de desarrollar nuestra tesis en su. Sr. Jorge. ica. Laboratorio, por su paciencia, comprensión y constante asesoramiento. Al. Alcántara Castillo y al Sr. Santos Nureña, por todo el apoyo brindado durante el desarrollo. Qu ím. de esta investigación. Muchas gracias, nada de esto hubiera podido ser posible sin su generosa ayuda.. Br. Jessyca Chávez Carbajal. Bi bli. ot. ec. a. de. In. ge nie. ría. Br. Katia Evelyn Mostacero Armas. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(6) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. INDICE GENERAL. UN T. CARATULA CONTRACARATULA DEDICATORIA. ica. AGRADECIMIENTO. I. INDICE DE FIGURAS Y TABLAS……………………………………………... ii. RESUMEN ……………………………………………………………………….. v. Qu. ím. INDICE GENERAL……………………………………………………………….. Vi. INTRODUCCIÓN ……………………………………………………………...... 1. en ier ía. ABSTRACT …………………………………………………………………….... 9. 1. Equipo experimental ……………………………………………………... 9. 2. Activación de carbón……………………………………………………... 10. 3. Capacidad de adsorción…………………………………………………... 12. In g. MATERIALES Y MÉTODOS …………………………………………………... 4. Procedimiento de refrigeración…………………………………………... 14. RESULTADOS ………………………………………………………………….. 16. Influencia de la capacidad de adsorción del carbón activado……….. 16. II.. Influencia de la relación etanol / carbón activado………………….... 17. a. Influencia del. tipo de carbón y. pureza. del etanol para. ec. III.. de. I.. 18. I.. Influencia de la capacidad de adsorción del carbón activado………. 25. II.. Influencia de la relación etanol / carbón activado…………………... 27. DISCUSIÓN……………………………………………………………………... 25. Bi. bli. ot. diferentes temperaturas de trabajo………………………………….. III.. Influencia. del. tipo. de. carbón y. pureza del etanol. para. diferentes temperaturas de trabajo …………………………………. i. 29. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(7) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 34. RECOMENDACIONES ………………………………………………………... 35. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ………………………………………….. 36. UN T. CONCLUSIONES ………………………………………………………………. ANEXOS ………………………………………………………………………... ica. INDICE DE FIGURAS Y TABLAS a) Figuras 01.. Ciclo. de. Carnot. para. el. proceso. de. ím. Figura. 39. Qu. refrigeración………………………………………………………….…………. 2. Figura 02. Sistema considerado para la demostración del Efecto Joule –. Figura. 03.. Pesado. en ier ía. Thomson……………………………………………………………………….. de. la. muestra. de. carbón. activado………………………………………………………………………... Figura. 04.. Muestras. de. carbón. 9. activado. 12. con. In g. etanol…………………………………………………………………………... Figura 05. Filtración de la muestra pasado el tiempo de exposición………... 13 13. Figura 06. Equipo experimental diseñado para la demostración del Efecto. Figura. 07.. de. Joule - Thomson……………………………………………………………….. Capacidad. de. adsorción. de. etanol. de. los. 15. carbones. ec. a. activados…………........................................................................................ 17. ot. Figura 08. Carbón M2 evaluado a diferentes Volumenes de etanol en el lecho.. 16. Figura 09. Carbón M1 evaluado a diferentes temperaturas y con etanol. bli. 100%............................................................................................................ 18. Bi. Figura 10. Carbón M2 evaluado a diferentes temperaturas y con etanol 100%............................................................................................................ 19. Figura 11. Carbón M3 evaluado a diferentes temperaturas y con etanol. ii. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(8) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 20. 100%............................................................................................................ Figura 12. Carbón M1 evaluado a diferentes temperaturas y con etanol 96%.............................................................................................................. y con etanol. 96%............................................................................................................... 22. M3 evaluado a diferentes temperaturas y con etanol. ica. Figura 14. Carbón. UN T. Figura 13. Carbón M2 evaluado a diferentes temperaturas. 21. 96%............................................................................................................... M2 evaluado a diferentes temperaturas y con etanol. ím. Figura 15. Carbón. 16.. Grupos. superficiales. Qu. 50%.............................................................................................................. Figura. oxigenados. contenidos. en. 24. el. 17.. Esquema. en ier ía. carbón……………........................................................................................ Figura. 23. termodinámico. P. –. V. 26. del. experimento…………………………………………………………………….. 27. Figura 18. Puntos de monitoreo de temperatura para el sistema de adsorción. In g. carbón activado-etanol……………………………………………………........ b) Tablas. 30. Tabla 01. Capacidad de adsorción de los diferentes tipos de carbón activado 16. de. utilizados……………………………………………………………………….. Tabla 02. Carbón M2 evaluado a diferentes Volumenes de etanol en el. ec. a. lecho…………………………………………………………………………….. 17. Tabla 03. Carbón M1 evaluado a diferentes temperaturas y con etanol. ot. 100%............................................................................................................. 18. bli. Tabla 04. Carbón M2 evaluado a diferentes temperaturas y con etanol 19. Bi. 100%............................................................................................................ Tabla 05. Carbón M3 evaluado a diferentes temperaturas y con etanol 100%............................................................................................................ iii. 20. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(9) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Tabla 06. Carbón. M1 evaluado a diferentes temperaturas. y con etanol. 96%............................................................................................................. y con etanol. 96%............................................................................................................. Tabla 08. Carbón. 22. M3 evaluado a diferentes temperaturas y con etanol. 23. ica. 96%............................................................................................................. Tabla 09. Carbón. UN T. Tabla 07. Carbón M2 evaluado a diferentes temperaturas. 21. M2 evaluado a diferentes temperaturas y con etanol. 24. Bi. bli. ot. ec. a. de. In g. en ier ía. Qu. ím. 50%.............................................................................................................. iv. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(10) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. RESUMEN. UN T. En el presente trabajo de tesis, se ha estudiado el efecto del tipo de carbón activado y etanol sobre el fenómeno Joule – Thomson, el cual es fundamental en el proceso de refrigeración.. ica. Las variables estudiadas son: Capacidad de adsorción, volumen de etanol en el lecho de. adsorción, tipo de carbón, pureza de etanol y temperatura de trabajo en el lecho de. ím. adsorción.. Los resultados mostraron que los valores para la capacidad de adsorción de los carbones. Qu. están en el siguiente orden: carbón mejorado de hulla bituminosa (M3) > Carbón de hulla bituminosa (M2) > carbón de cáscara de coco (M1).. en ier ía. La presencia de agua en el etanol, así como las altas concentraciones de grupos funcionales en la superficie del carbón tiene un efecto negativo en el fenómeno Joule – Thomson.. Temperaturas superiores a su punto de ebullición no benefician en el proceso para. In g. obtener bajas temperaturas.. Las condiciones de trabajo para las cuales disminuyó significativamente la temperatura fueron: tipo de carbón: carbón de cascara de coco (M1), volumen de etanol en el lecho:. de. 250 mL, pureza de etanol: 100% de pureza y temperatura de trabajo: 80°C.. Bi. bli. ot. ec. a. Palabras clave: Carbón activado, etanol, adsorción.. v. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(11) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ABSTRACT. UN T. In this thesis, the effect of the type of activated carbon and ethanol on the JouleThomson phenomenon was studied. This phenomenon is an important stage in the cooling process.. ica. The variables used in this study were: adsorption capacity, volume of ethanol in the adsorption bed, coal type, purity of ethanol and temperature on the adsorption bed.. ím. The results showed that the values for the adsorption capacity of carbons are in the following order: improved carbon of bituminous coal (M3)> carbon of bituminous coal. Qu. (M2)> coconut shell carbon(M1).. The presence of water in ethanol and high concentrations of functional groups on the. en ier ía. carbon surface had a negative effect on the Joule-Thomson phenomenon. Temperatures above the boiling point of ethanol were not benign getting low temperatures in the process.. Working conditions for which temperature significantly decreased were: type of carbon:. In g. coconut shell carbon (M1), volume of ethanol in the bed: 250 ml, ethanol's purity: 100% ,working temperature: 80 ° C. Bi. bli. ot. ec. a. de. Keywords: Activated coal, ethanol, adsorption.. vi. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(12) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. UN T. INTRODUCCIÓN. La refrigeración es la extracción de calor de una sustancia o espacio produciendo en ella. una temperatura inferior a la de sus alrededores. Este proceso es muy importante para el hombre que viene utilizándolo desde hace muchos años en alimentos, medicinas u otros. ím. necesitan estar siempre almacenados a baja temperatura.. ica. productos, los cuales a temperatura ambiente con el tiempo se descomponen, por lo que. Los sistemas de refrigeración varían de acuerdo a su aplicación, la cual puede ser industrial. Qu. o doméstica:. a) En el caso de la refrigeración doméstica, los refrigeradores y congeladores son de uso diario en la vida de las personas, por lo que, la producción de estos equipos. nie. electrodomésticos.. ría. representa una parte muy significativa de la industria manufacturera de. b) Por otro lado, en lo que respecta a la refrigeración industrial esta puede ser de. In ge. aplicación alta, media, baja y muy baja temperatura, requiriendo equipos de mayor potencia y con mayores seguridades que las unidades empleadas para los servicios de refrigeración doméstica.. de. Cabe resaltar que para ambas aplicaciones se utiliza el mismo ciclo termodinámico de refrigeración por compresión. Este fenómeno de. refrigeración se logra evaporando. bli ot ec a. un líquido refrigerante a través de un dispositivo de expansión dentro de un evaporador. Durante el cambio de estado el refrigerante en estado de vapor absorbe energía térmica del medio en contacto con el evaporador. Luego de este intercambio energético, un compresor mecánico aumenta la presión de vapor del refrigerante, para condensarlo dentro del condensador para lograr el cambio de estado del fluido refrigerante y producir el. Bi. sub - enfriamiento del mismo.. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(13) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ría. Qu. ím. ica. UN T. El fenómeno de refrigeración se basa en el ciclo de Carnot:. nie. Fig. 01: Ciclo de Carnot para el proceso de refrigeración. Proceso 1-2: El gas se expande isotérmicamente a la temperatura T1, mientras recibe la energía Qc del reservorio frío por transferencia de calor.. In ge. Proceso 2-3: El gas se comprime adiabáticamente hasta que alcanza la temperatura T2. Proceso 3-4: El gas se comprime isotérmicamente a T2mientras descargar la energía Qa al reservorio caliente por transferencia de calor.. de. Proceso 4-1: El gas se expande adiabáticamente desde T2 hasta T1. En esta cuarta y última etapa, se produce en efecto Joule - Thomson, en donde la expansión. bli ot ec a. del gas de P1T1 a P2T2 al producir en una válvula da lugar a que los cambios de P y T se. realicen a Entalpía constante.. Sin embargo; está demostrado que este sistema no es el mejor de todos y que trae consigo una serie de problemas para el medio ambiente, tales como: el alto consumo de energía eléctrica, que está relacionado al consumo de combustibles fósiles y a la producción de. Bi. gases de efecto invernadero, así como el uso excesivo de refrigerantes que son causantes directos de la destrucción de la capa de ozono y que contribuyen también a la generación de gases de efecto invernadero (Choudhury et al., 2010:2190). Este último es el problema. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(14) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. más preocupante debido al creciente consumo de estos refrigerantes y a su impacto global.. UN T. Entre los refrigerantes más usados están los freones o compuestos de clorofluorocarbonos (CFC), que se caracterizan por estar formados principalmente a base de metano y etano, y tener en su estructura átomos de F y/o Cl. Los más conocidos son: el tetracloruro de carbono. (CCl4),. metilcloroformo. (CH3CCl3),. hidroclorofluorocarburos. (HCFC),. ica. hidrobromofluorocarbono (HBFC) y halógenos en general, los cuales son completamente. de origen antropogénico y se utilizan en sistemas de refrigeración y aire acondicionado,. ím. en conservación de alimentos, en esterilización, purgantes, pesticidas, espumantes, sopladores, propulsores de aerosoles, detergentes, extintores. Qu. 1999:128; Fan, 2007:1759; Wang & Oliveira, 2006:425).. y disolventes (Calm,. Los CFC son químicamente muy estables y no se degradan en la troposfera, pasan a la. ría. estratosfera donde se disocian por la radiación ultravioleta (UV), liberando átomos de Cloro y Flúor que reaccionan con el ozono ocasionando su degradación. Se ha observado. nie. que una delgada capa de ozono o su ausencia, ocasiona que la radiación UV llegue a nivel del suelo, con efectos adversos en los ecosistemas acuáticos y terrestres, en las cadenas. In ge. alimenticias y en la salud humana. Sus efectos negativos en los ecosistemas acuáticos, se manifiestan en la reproducción del fitoplancton, la cual incide en la cadena alimenticia. En la salud humana, está incrementando. la incidencia de cáncer de piel, cataratas y el. de. deterioro en el sistema inmunológico (Velders et al., 2000: 5).. Para minimizar el efecto de los CFC, se investiga alternativas, cuyas propuestas están. bli ot ec a. condicionadas a:. a) Que el fluido cumpla con las funciones de los CFC y además sea compatible con el medio ambiente.. b) Buscar sistemas que reemplacen a las bombas de compresión que se utilizan en los sistemas de refrigeración convencionales. Es decir, generar paralelamente un ahorro. Bi. energético.. Se considera que un refrigerante ideal tiene las siguientes propiedades: (1) alto calor latente de vaporización por unidad de volumen o unidad de masa, (2) estabilidad térmica,. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(15) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. (3) inocuo al medio ambiente, (4) no inflamable, (5) baja presión de saturación entre 1 y 5. UN T. atm a la temperatura de trabajo. Sin embargo, hasta ahora no se ha encontrado ningún refrigerante que cumpla todos los requisitos antes mencionados. Al respecto se están. investigando como fluidos refrigerantes: amoniaco, agua, metanol y etanol (Wang 2008: 5) y como sistemas de refrigeración basados en el proceso de adsorción: Carbón Activado -. ica. Amoniaco, Gel de Sílice - Agua, Zeolita - Agua, Carbón Activado - Metanol y Carbón Activado – Etanol (Sumathy et al., 2003: 305).. ím. El amoniaco como refrigerante alternativo:. Qu. Wang et al. (2008:5) mostraron que el amoniaco puede ser utilizado como fluido refrigerante, debido a su punto de ebullición menor de 10°C a presión atmosférica, y. ría. que puede ser usado con carbón activado y fibras de carbón.. Critoph et al. (1992:3) trabajaron el sistema Carbón Activado – Amoniaco, el cual. nie. estuvo constituido por dos ciclos: cuando un adsorbente es calentado por la fuente de energía, el otro se enfría a temperatura ambiente, re-adsorbiendo su refrigerante y. In ge. produciendo refrigeración en el evaporador. El agua como fluido de refrigeración:. Anyanwu (2003:304) mostró que el agua por tener una baja presión de vapor cuando la temperatura es de 0°C presenta problemas en su utilización porque se solidifica a. de. temperaturas bajo 0°C.. Wang et al. (2008:8) trabajaron el sistema Gel de Sílice – Agua, que tiene un calor. bli ot ec a. de adsorción promedio de 2500 kJ / kg y muy baja temperatura de desorción. Una de las desventajas del sistema Gel de Sílice – Agua es su baja cantidad de adsorción de 0.2 kg agua / kg Gel de Sílice y además que no es posible de producir temperaturas de evaporación por debajo de 0 ºC.. Bi. Liu et al. (2005:213) desarrollaron una máquina frigorífica de adsorción con el. sistema de trabajo Gel de Sílice - Agua, sin válvulas de refrigeración. Esta característica redujo el costo de la refrigeradora y la hicieron más confiable, ya que hay menos partes móviles, lo que evita las fugas y caídas de presión a lo largo del. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(16) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. conducto de vapor. En su primer prototipo demostraron alcanzar una potencia de. UN T. refrigeración de 3.56kW y un Coeficiente de Desempeño (COP) de 0.26 a temperatura de evaporación cercanas a 7ºC.. En un segundo prototipo mejorado, alcanzaron rendimientos en el poder de. ica. refrigeración y COP entre el 28% al 34% mejores que en su primer prototipo.. Wang (2008:8) estudiaron el sistema de adsorción Zeolita – Agua, describiéndolo. ím. como estable a altas temperaturas, por lo que puede ser utilizado para recuperar el calor por encima de 200ºC y puede funcionar en un amplio rango de temperatura de. Qu. condensación. Este sistema tiene algunas desventajas: el agua se congela a temperatura de 0 ºC y presenta mal desempeño de transferencia de masa debido a la. ría. baja presión de trabajo. Grenier et al. (1998:15) desarrollaron. el sistema Zeolita - Agua, utilizando la. energía solar, a través de un simple colector. La producción neta de frío fue de 1.88. se establecen a. nie. MJ m-2, para una radiación incidente de 17.8 MJ m-2. Las condiciones de operación una temperatura de condensación de 32°C, la temperatura de. In ge. evaporación en 1ºC y la temperatura de regeneración en 118 °C. El sistema podría alcanzar un COP neto solar de 0.105, mientras que la COP del ciclo fue de 0.38. Alcoholes (metanol y etanol) como refrigerantes alternativos:. de. Wang et al. (2008:7) estudiaron al metanol como refrigerante. Sostienen que el metanol es más eficiente, al ser usado con carbón activado granulado y con fibras. bli ot ec a. de carbón.. Asimismo, señalan que el sistema Carbón activado - Metanol es adecuado para ser utilizado empleando energía solar debido a su baja temperatura de desorción (100ºC), pero que se requieren presiones menores a 1 atmósfera para su funcionamiento, lo que implicaría un aumento en la complejidad del equipo de. Bi. refrigeración.. Li et al. (2002:115) probaron una máquina de hielo que funcionaba con energía solar, utilizando Carbón Activado - Metanol como sistema de trabajo. Este equipo tuvo un. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(17) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. COP de 0.12 hasta 0.14, produciendo entre 5 y 6 kg de hielo por m2 de colector. Los. UN T. autores concluyeron que las propiedades de transferencia de calor del adsorbedor deben ser mejoradas con el fin de incrementar el rendimiento del sistema.. Li et al. (2004:132) realizaron pruebas con una simple máquina de hielo sin las válvulas, que utilizaba un. adsorbedor. de acero inoxidable, alternativo a. las. descompone. experimentos con. este. en dimetil prototipo se. éter,. reduciendo. realizaron en. su. eficiencia.. ambientes. ím. metales se. ica. aleaciones de cobre o aluminio, dado que a 110 ºC, el metanol en presencia de estos Los. cerrados. (radiación simulada con lámpara de cuarzo), y al aire libre (exposición al sol). En el 17 a 20 MJm-2, y la producción de hielo de. Qu. primer caso la energía fue de. 6.0 a 7.0 kgm-2, con un COP de 0.13 a 0.15. En el segundo caso, hubo una insolación de 16 a 18MJm-2 y el sistema tuvo una producción de 4.0 kg de hielo. ría. por m2 con un COP de aproximadamente 0.12.. nie. En relación a sistemas de adsorción como alternativas a las bombas de compresión, Ramos & Horn (2000:2) señalan que un sistema de refrigeración por adsorción. In ge. requiere solamente una pequeña cantidad de trabajo (o electricidad) en comparación al requerido en sistemas de compresión de vapor pero requieren un suministro de calor muchas veces mayor que el trabajo requerido por el ciclo de compresión. Sin embargo, si el calor es lo suficientemente barato, el ciclo de refrigeración por. de. adsorción sería atractivo económicamente, lo que. llevaría a pensar en. el uso. alternativo de fuentes de energía solar o el aprovechamiento de desechos de calor. bli ot ec a. residual generados en los procesos industriales. Cortés (2006:85) señala que el sistema fluido /adsorbente no requiere de equipos que consumen mayor energía eléctrica que los compresores y que el proceso consta de un ciclo de adsorción y desorción de gases.. Bi. Wang & Oliveira (2006:425) indican que los sistemas de adsorción, en comparación. con los sistemas mecánicos de compresión de vapor, los sistemas de adsorción tienen las ventajas de ahorrar energía, son de fácil control, no presentan vibraciones y ayudan a reducir los costos de operación. Comparado con los sistemas de. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(18) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. absorción, los sistemas de adsorción pueden ser accionados por temperaturas dentro. UN T. de un amplio rango, de 50 °C hasta 600°C o incluso superior, situación que no se puede dar en los sistemas de absorción.. El-Sharkawy et al. (2008:1408) en su investigación dieron a conocer que los sistemas de enfriamiento por adsorción accionados térmicamente y las bombas de. ica. calor han ganado una considerable atención, ya que, (1) se podría utilizar calor residual a bajas temperaturas o fuentes de energías renovables para su. ím. funcionamiento, (2) el uso del calor residual en el ciclo de adsorción contribuye a reducir los efectos del calentamiento global y (3) el sistema de adsorción tiene un. Qu. mínimo de partes móviles. Sin embargo, señalaron también que para la difusión generalizada de este sistema, es necesario mejorar su rendimiento y para eso es. sistema adsorbente – adsorbato.. la eficiencia del nuevo adsorbente, Maxsorb III (carbón activado. nie. En cuanto a. ría. esencial determinar con precisión las características de la adsorción y la cinética del. mejorado) sostuvieron que en un sistema con etanol al 99.9% de pureza(procesos de. In ge. adsorción y desorción de Maxsorb III completamente reversibles), éste no tiene ninguna histéresis y que el ciclo puede lograr un efecto de enfriamiento especifico de 420 kg etanol/ kg de Carbón activado a temperaturas de 7°C en el evaporador, en combinación con una fuente de calor y disipador de calor de temperaturas de 80 y. de. 30°C, respectivamente. Debido a la alta adsorción de etanol en Maxsorb III y su baja temperatura de regeneración, que está por debajo de 100°C, parece ser atractivo para. bli ot ec a. su aplicación en los sistemas de adsorción con fuentes de energía solar. Somerton et al. (2009:50) probaron al etanol como refrigerante alternativo, construyendo un circuito de refrigeración que utilizó cuatro bombillas infrarrojas de 250 vatios para simular una carga de 1000 vatios de radiación solar, alcanzando temperaturas de refrigeración entre 2°C y 8°C.. Bi. Los estudios anteriormente presentados son investigaciones que se han realizado debido a que esta tecnología adsorbente – alcohol representa una solución bastante atractiva como. alternativa a los fluidos refrigerantes tipo CFC.. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(19) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Cabe decir que en el Perú no se han realizado investigaciones de relevancia que puedan. UN T. contribuir a la implementación de esta tecnología he ahí la importancia de estudiar estos sistemas de refrigeración alternativos que nos ofrecen la oportunidad de minimizar del uso de compuestos flúor - cloro carbonados. e incentivar. el uso de nuevas tecnologías. Bi. bli ot ec a. de. In ge. nie. ría. Qu. ím. ica. sostenibles en el tiempo.. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(20) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 1.. UN T. MATERIALES Y MÉTODOS. Equipo experimental. Se detalla en la Figura 02:. a. ica. c. ím. b. In ge. nie. ría. Qu. d. e f. g. de. Fig. 02: Sistema considerado para la demostración del Efecto Joule – Thomson. bli ot ec a. a) La manguera de entrada, por donde se ingresó el alcohol etílico al lecho de adsorción, el material es de caucho, tiene un diámetro de 5/16”, la cual estuvo adaptada a la válvula de entrada.. b) La válvula de entrada de ½” la cual estuvo conectada al lecho de adsorción mediante un codo metálico de ½”, con la cual se controló el ingreso de etanol al. Bi. sistema.. g. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(21) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. c) El lecho de adsorción que contenía el carbón activado del sistema y donde se. UN T. llevó a cabo el proceso de adsorción y desorción del etanol. Tiene forma espiral y capacidad de volumen de 277.5 cm3.. d) El serpentín es conectó al lecho de adsorción mediante un codo metálico de ½”,. ica. en el serpentín se llevó a cabo el intercambio de temperatura, donde el etanol. ím. gaseoso cambió a etanol líquido.. e) La válvula de salida de½” la cual estuvo conectada al serpentín mediante dos. salida del etanol hacia el contenedor.. Qu. uniones de ½” en la parte superior e inferior. La válvula sirvió para controlar la. ría. f) La tubería de estrangulación de ¼” de diámetro externo donde se redujo la. nie. presión y por lo tanto la temperatura del etanol.. g) El contenedor que tuvo una capacidad de 4 litros, hecho de polietileno de alta. 2.. In ge. densidad, donde llegó finalmente el etanol luego del cambio de temperatura.. Activación de Carbón Activado. de. El carbón a utilizar es el de hulla bituminosa. Se realizaron cuatros grupos con peso. bli ot ec a. inicial de 75 g., los cuales tienen el mismo procedimiento descrito a continuación:. -. Activación del carbón (activación química) Se pesó aproximadamente 75 g. de carbón (Anexo2), luego se colocó la cantidad. pesada en un balón y se le adicionó 250 ml de ácido fosfórico de 0.20 v/v. Se completó el equipo con un condensador refrigerante a bolas a reflujo. Se llevó a. Bi. calentar a una temperatura de 70ºC por el tiempo de dos horas.. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(22) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. -. Lavado del Carbón:. UN T. Después de la activación se filtró el carbón y se lavó con 100mL de hidróxido de sodio (NaOH)a 0.3N. Después se lavó con agua destilada hasta que la coloración de la solución filtrada fue casi transparente.. Secado del Carbón:. ica. -. enfriar en el desecador.. Segunda Carbonización (activación térmica):. Qu. -. ím. El carbón ya filtrado se secó en la estufa a 110º C por 12 horas. Después se dejó. ría. El carbón se colocó en el horno y se llevó a 410º C por un tiempo de 2 horas:. Se selló el reactor y se realizó la purga con nitrógeno por aproximadamente 5. nie. minutos. Luego se fijó la temperatura de carbonización de 410º en el Set Point. In ge. (temperatura real 350 º C).. Se empezó a contar dos horas a partir desde que la temperatura llegó al set point (aproximadamente 15 min.). Se mantuvo abierto el flujo de nitrógeno.. de. Después de las dos horas se apagó la mufla pero se mantuvo abierto el flujo de. bli ot ec a. nitrógeno, hasta que la temperatura descendió a los 200º C.. -. Lavado del carbón:. Después de la carbonización, el carbón se lavó con 250 mL de NaOH, y con agua destilada hasta que la coloración de la solución sea casi transparente. Se procedió. Bi. a filtrar el carbón.. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(23) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Secado del carbón:. UN T. -. El carbón ya filtrado se secó en la estufa a 110º C por 12 horas. Después se dejó enfriar en el desecador.. Capacidad de adsorción. ica. 3.. ím. Se considera tres muestras por cada tipo de carbón: carbón de coco, carbón de hulla. -. Qu. bituminosa, carbón de hulla bituminosa activada con ácido fosfórico. Preparación del carbón. -. Preparación de muestras:. ría. Se dejó los tres tipos de carbón en la estufa a 110°c por 12 horas.. nie. Se utilizó nueves frascos, cada uno con una capacidad de 20 mL. Se mide 1 g. de cada tipo de carbón activado por cada frasco, a los cuales se. bli ot ec a. de. In ge. añade posteriormente 10 mL. de etanol absoluto.. Bi. Fig. 03: Pesado de la muestra de carbón activado.. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(24) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. -. Adsorción de etanol. UN T. Se selló herméticamente con teflón y se deja por 2.5 horas agitando frecuentemente. Pasado el tiempo de adsorción de cada serie de muestras se. procedió a destapar y filtrar. Luego se dejó las muestras en papel filtro dentro del. nie. ría. Qu. ím. ica. desecador durante una (1) hora.. bli ot ec a. de. In ge. Fig. 04: Muestras de carbón activado con etanol.. Fig. 05: Filtración de la muestra pasado el tiempo de exposición.. -. Medición de la Relación gr etanol adsorbido/ gr de carbón activado:. Bi. Primero se hallóla masa del etanol adsorbido, usando la relación de:. We = Wd – Wa. Donde: We: masa de etanol adsorbido. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(25) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Wa: masa del carbón activado antes de la adsorción. UN T. Wd: masa de carbón activado después de la adsorción. Finalmente se halló la relación gramos etanol / gramos de carbón activado. ica. utilizando la siguiente relación:. Proceso de refrigeración. Qu. 4.. ím. g etanol adsorbido / g carbón activado = We / Wa. 1. Se ingresó 200 g. de carbón activado al interior del lecho de adsorción hasta que. ría. se encuentre totalmente lleno.. 2. Se abrió las válvulas de entrada y salida, luego se ingresó etanol por la válvula de. nie. entrada, se continuó el ingreso del etanol hasta que éste comenzó a salir por la válvula de salida, prueba de que todo el sistema ya contenía etanol y se procedió a. In ge. cerrar las dos válvulas.. 3. Se midió la temperatura inicial en el centro del lecho de adsorción (Punto 1) con la termocupla. Se prendió las cocinas controlando la temperatura deseada en el. de. lecho con la termocupla, al alcanzar la temperatura deseada, se dejó un tiempo. bli ot ec a. aproximado de 15 min para que se estabilice.. 4. Se midió la temperatura inicial con los multitester en los siguientes puntos: la salida del lecho (Punto 2), la salida del serpentín (Punto 3) y dentro del contenedor (Punto 4) en la tubería de salida del sistema.. 5. Luego que transcurrió el tiempo necesario se procedió a abrir la valvula de salida. Bi. y se anotó el cambio de temperatura en los cuatro puntos anteriormente descritos.. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(26) bli ot ec a. de. In ge. nie. ría. Qu. ím. ica. UN T. Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Bi. Fig. 06: Equipo experimental diseñado para la demostración del Efecto Joule – Thomson.. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(27) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. I.. UN T. RESULTADOS. Influencia de la capacidad de adsorción del carbón activado:. Tabla 01. Capacidad de adsorción de etanol de los carbones activados utilizados. Frasco. Peso. Peso final Peso de etanol Adsorción. Promedio de. inicial de. de carbón. de etanol. capacidad de. carbón. activado. (g EtOH/g. adsorción. activado. (g). CA). (g EtOH/g CA). adsorbido(g). ím. (g). ica. Tipo de carbón. 1.0069. 1.3778. 0.3709. 0.368. A2. 1.0017. 1.3856. 0.3839. 0.383. A3. 1.0079. 1.3502. 0.3423. 0.340. B1. 1.0047. 1.3105. 0.3058. 0.304. B2. 1.0059. 1.3027. 0.2968. 0.295. Bituminosa. B3. 1.0036. 1.2953. 0.2917. 0.291. Carbón de. C1. 1.0019. 1.1939. 0.192. 0.192. C2. 1.0055. 1.1395. 0.134. 0.133. C3. 1.0052. 1.171. 0.1658. 0.165. Hulla. Cáscara de coco. (M2). (M1). 0.364. 0.297. 0.163. 0.364. de. Capacidad de 0.4 adsorción 0.35 (g EtOH/g C.A) 0.3. ría. Carbón de. nie. (M3). In ge. Mejorado. Qu. A1. Carbón. 0.297. 0.25. bli ot ec a. 0.2. 0.163. 0.15. 0.1. 0.05. Bi. 0. M3. M2. M1. Tipo de carbón. Figura 07. Capacidad de adsorción de etanol de los carbones activados.. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(28) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. II. Influencia de la relación etanol/carbón activado: % Volumen de. Punto de. etanol utilizado. Monitoreo. inicial(°C). final(°C). Punto 1. 25. 90. Punto 2. 28. 48. Punto 3. 24. 32. Punto 4. 22. 19. Punto 1. 24. 90. Punto 2. 27. 55. Punto 3. 23. 28. Punto 4. 22. Punto 1. 23. Qu. Punto 2. 28. 50. Punto 3. 24. Punto 4. 22. 90%. Punto 1 Punto 2. 100%. Punto 3. de. Temperatura de Operación(°C). 60 50. 55. 48. bli ot ec a. 40 30. 32. 20. 19. *Punto 3: Salida del serpentín.. ím. ica. *Punto 4: Contenedor.. 21 90. 28 19. 24. 90. 26. 49. 24. 28. 24. 28. In ge. Punto 2. *Punto 2: Salida del lecho.. ría. 80%. *Punto 1: Lecho de adsorción.. nie. 70%. Temperatura Temperatura. UN T. Tabla 02. Carbón M2 evaluado a diferentes volumenes de etanol en el lecho.. 28 21. 50. 49. 28. 30 25. 19. 10. 0. Bi. 70. 80 90 Volumen de alcohol utilizado(%). 100 Salida del lecho Salida del serpentín Contenedor. Figura 08. Carbón M2 evaluado a diferentes Volumenes de etanol en el lecho.. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(29) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. III. Influencia del tipo de carbón y pureza del etanol para diferentes temperaturas de. Tabla 03. Carbón de M1 evaluado a diferentes temperaturas con etanol 100%. Punto de. Temperatur Temperatura. Monitoreo. a inicial(°C). 100. Punto 2. 23. 28. Punto 3. 23. 26. Punto 4. 23. 23. Punto 1. 25. 90. Punto 2. 23. Punto 3. 23. Punto 4. 22. 24. Punto 1. 26. 100. Punto 2. 26. 40. 24. 34. 24. 22. Punto 4. Temperatura de Operación (°C). de. 45 40 35 30. bli ot ec a. 28 26 23. 25 20. *Punto 4: Contenedor.. 35. 27. In ge. Punto 3. *Punto 3: Salidadel serpentín.. ica. 80. ím. 29. *Punto 2: Salida del lecho.. Qu. 90. Punto 1. *Punto 1: Lecho de adsorción.. ría. 80. final(°C). nie. Temperatura(°C). UN T. trabajo:. 40 35. 34. 27 24. 22. 15 10. 5 0. Bi. 80. 90 Temperatura del lecho(°C). Salida del lecho Salida del serpentin Contenedor. 100. Figura 09. Carbón M1 evaluado a diferentes temperaturas con etanol 100%.. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(30) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Tabla 04. Carbón M2 evaluado a diferentes temperaturas con etanol 100%.. 100. Punto 2. 24. 36. Punto 3. 27. 28. Punto 4. 22. 23. Punto 1. 22. 90. Punto 2. 24. 52. Punto 3. 25. 36. Punto 4. 23. 30. Punto 1. 21. 100. Punto 2. 29. Punto 3. 26. *Punto 3: Salidadel serpentín. *Punto 4: Contenedor.. 71 46. In ge. 24. 77 71. de. bli ot ec a. *Punto 2: Salida del lecho.. 77. 52. 36 28 23. 80. UN T. 80. ica. 22. Temperatura de operación (°C). Bi. final(°C). Punto 1. Punto 4. 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0. inicial(°C). ím. Monitoreo. *Punto 1: Lecho de adsorción.. Qu. 90. Temperatura Temperatura. ría. 80. Punto de. nie. Temperatura (°C). 46. 36 30. 90 Temperatura del lecho(°C). 100 Salida del lecho Salida del serpentin Contenedor. Figura 10. Carbón M2 evaluado a diferentes temperaturas con etanol 100%.. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(31) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Tabla 05. Carbón M3 evaluado a diferentes temperaturas con etanol 100%.. 100. 37. Punto 3. 23. 24. Punto 4. 23. 23. Punto 1. 25. 90. Punto 2. 28. 50. Punto 3. 22. 27. Punto 4. 22. 25. Punto 1. 26. 100. Punto 2. 27. 53. Punto 3. 24. Punto 4. 23. 20. *Punto 3: Salidadel serpentín. *Punto 4: Contenedor.. 39 29. In ge. 53. 50. de. bli ot ec a 24 23. UN T. 26. *Punto 2: Salida del lecho.. ica. Punto 2. *Punto 1: Lecho de adsorción.. ím. 80. 50. 30. final(°C). 23. 60. 37. inicial(°C). Punto 1. Temperatura de Operación(°C). 40. Temperatura. Qu. 90. Monitoreo. Temperatura. ría. 80. Punto de. nie. Temperatura (°C). 39 29. 27 25. 10. 0. Bi. 80. 90 Temperatura del lecho(C). 100 Salida del lecho Salida del serpentin Contenedor. Figura 11. Carbón M3 evaluado a diferentes temperaturas con etanol 100%.. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(32) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Punto 1. 23. 80. Punto 2. 27. 46. Punto 3. 25. 35. Punto 4. 24. 23. Punto 1. 22. 90. Punto 2. 28. 47. Punto 3. 25. Punto 4. 22. Punto 1. 22. Punto 2. 100. Punto 3. Temperatura de Operación(°C). 50. 46. 40. 35. bli ot ec a. 30. 23. 100 48. 24. 40. 22. 23. 48. 47. 40. 37. 23. 20. *Punto 4: Contenedor.. 37. 29. de. 60. *Punto 3: Salidadel serpentín.. In ge. Punto 4. *Punto 2: Salida del lecho.. ica. final(°C). ím. inicial(°C). *Punto 1: Lecho de adsorción.. Qu. 90. Monitoreo. Temperatura Temperatura. ría. 80. Punto de. nie. Temperatura(°C). UN T. Tabla 06. Carbón M1 evaluado a diferentes temperaturas con etanol 96%.. 23. 23. 10. 0. Bi. 80. 90 Temperatura del lecho. Salida del lecho Salida del serpentin Contenedor. 100. Figura 12. Carbón M1 evaluado a diferentes temperaturas con etanol 96%.. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(33) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Punto 1. 26. 80. Punto 2. 26. 45. Punto 3. 22. 25. Punto 4. 24. 22. Punto 1. 24. 90. Punto 2. 26. 49. Punto 3. 23. Punto 4. 23. Punto 1. 27. Punto 2. 100. Punto 3. Temperatura de Operación(°C). 50. 45. 40. bli ot ec a. 30. 25. 100 44. 28. 35. 26. 32. 49. 44 35 31. 30 25. 25 22. 20. *Punto 4: Contenedor.. 30. 26. de. 60. *Punto 3: Salidadel serpentín.. In ge. Punto 4. *Punto 2: Salida del lecho.. ica. final(°C). ím. inicial(°C). *Punto 1: Lecho de adsorción.. Qu. 90. Monitoreo. Temperatura Temperatura. ría. 80. Punto de. nie. Temperatura(°C). UN T. Tabla 07. Carbón M2 evaluado a diferentes temperaturas con etanol 96%.. 10. 0. Bi. 80. 90 Temperatura del lecho(°C). 100 Salida del lecho Salida del serpentin Contenedor. Figura 13. Carbón M2 evaluado a diferentes temperaturas con etanol 96%.. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(34) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Tabla 08. Carbón M3 evaluado a diferentes temperaturas con etanol 96%.. 100. 21. 80. Punto 2. 29. 49. Punto 3. 27. 41. Punto 4. 23. 32. Punto 1. 25. 90. Punto 2. 28. 56. Punto 3. 26. 46. Punto 4. 23. Punto 1. 23. Punto 2. 28. Punto 3. 25. Temperatura de Operación(°C). 70 60 50 30. 32. bli ot ec a. 40. 49 41. *Punto 3: Salidadel serpentín. *Punto 4: Contenedor.. 30. 100 67. 23. de. 80. *Punto 2: Salida del lecho.. 58. 37. In ge. Punto 4. UN T. Punto 1. Qu. 90. final(°C). ría. 80. inicial(°C). *Punto 1: Lecho de adsorción.. ica. Monitoreo. Temperatura Temperatura. ím. Punto de. nie. Temperatura(°C). 67 58. 56 46. 37. 30. 20 10. 0. Bi. 80. 90 Temperatura del lecho(°C). 100 Salida del lecho Salida del serpentin Contenedor. Figura 14. Carbón M3 evaluado a diferentes temperaturas con etanol 96%.. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(35) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Tabla 09. Carbón M2 evaluado a diferentes temperaturas con etanol 50%.. 100. Punto 2. 25. 45. Punto 3. 24. 35. Punto 4. 23. 28. Punto 1. 23. 90. Punto 2. 27. 52. Punto 3. 23. Punto 4. 23. Punto 1. 23. Punto 2. 27. 56. Punto 3. 25. 34. 23. 25. de. 50. 45. 40. UN T. 80. *Punto 2: Salida del lecho.. *Punto 3: Salidadel serpentín. *Punto 4: Contenedor.. ica. 22. In ge. 60. final(°C). Punto 1. Punto 4. Temperatura de Operación(°C). inicial(°C). ím. Monitoreo. *Punto 1: Lecho de adsorción.. Qu. 90. Temperatura Temperatura. 45 28. 100. ría. 80. Punto de. nie. Temperatura(°C). 56. 52 45. 35. 30. 34. bli ot ec a. 28. 28. 25. 20 10. 0. Bi. 80. 90 Temperatura del lecho(°C). 100 Salida del lecho Salida del serpentin Botella. Figura 15. Carbón M2 evaluado a diferentes temperaturas con etanol 50%.. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(36) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. DISCUSIÓN Influencia de la capacidad de adsorción del carbón activado:. UN T. I.. Se estudió la capacidad adsorbente de cada uno de los carbones utilizados en este. trabajo para establecer posteriormente la posible relación entre la capacidad adsorbente. ica. del carbón y su eficiencia en la refrigeración. Los carbones utilizados son:. ím. a. Cáscara de coco (M1). b. Hulla bituminosa (M2).. Qu. c. Hulla bituminosa activada con ácido fosfórico (M3). Las condiciones bajo las cuales se realizaron son:. ría. • Concentración de alcohol = 100%. nie. • Temperatura (T°) = 23°C. In ge. • Tiempo de adsorción = 2.5 horas • Tiempo de secado = 1 hora. En los resultados obtenidos que se muestran en las tablas 01 y figura 07, se observa que, la capacidad de los carbones activados para adsorber etanol están en el siguiente. de. orden: M3 > M2 > M1. El carbón de Hulla Bituminosa Mejorado al ser tratado químicamente con ácido fosfórico (H3PO4). incrementa sus grupos funcionales. bli ot ec a. superficiales y por lo tanto su capacidad de adsorción, como lo reportan: Daifullah & Girgis et al. (2003:192) señalan que la activación con ácido fosfórico resulta en la. incorporación de. cantidades apreciables de grupos funcionales. oxigenados en la superficie del carbón activado. Wang et al. (2008:2) reportó que la adsorción de un carbón activado está definida por. Bi. el tipo de grupo funcional que predomina en su superficie. Propone que los grupos funcionales arenos incrementan la adsorción, los grupos ácido incrementan la. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(37) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. adsorción selectiva, mientras que los grupos sulfónicos decrecen la capacidad de. UN T. adsorción. Los grupos funcionales presentes en los carbones activados se muestran en la siguiente. In ge. nie. ría. Qu. ím. ica. figura:. de. Fig. 16: Grupos superficiales oxigenados contenidos en el carbón. (Wenzhong Shen et al., 2008:34). bli ot ec a. Al tratar el carbón M2 con H3PO4 los grupos funcionales que se estarían incrementando. principalmente serían: grupos carboxílicos, lactonas y anhídridos, incrementándose su adsorción en 23%. Debido a que la adsorción del etanol. por los carbones activados está vinculado. principalmente a los grupos oxigenados, entonces se puede inducir que la cantidad de. Bi. grupos oxigenados superficiales presentes en los carbones están en el orden: M3 > M2 > M1.. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(38) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Cabe señalar que, en el trabajo de Silvestre- Albero et al. (2009:68) indican que la. UN T. adsorción del etanol por carbón activado está definido por la cantidad total de grupos superficiales y no por la naturaleza de los mismos.. Por lo que, aún es materia de estudio los factores que influyen en la adsorción: el tipo. ím. II. Influencia de la relación etanol/carbón activado:. ica. y/o cantidad de grupos superficiales.. Qu. Para estudiar la influencia de la relación etanol/carbón activado se realizaron ensayos en los cuales se varió la cantidad de etanol utilizado y se mantuvo constante la cantidad. ría. de carbón en el lecho.. El proceso que se desarrolla en el experimento puede describirse termodinámicamente. Bi. bli ot ec a. de. In ge. nie. a través del siguiente esquema:. Figura 17. Esquema termodinámico P-V del experimento.. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(39) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. El proceso se inicial en el Punto A del esquema y que corresponde al punto 1 del. UN T. sistema experimental, el cual está a presión atmosférica y T = 25°C, con etanol en estado líquido. Para llegar al punto C a 90°C y una presión superior a 1 atm, una ruta. ideal es siguiendo de “A” a “B” a diferentes presiones y de manera isotérmica de “B” a. “C”. En el punto C el valor de la entalpía del etanol se ha estimado en -55516.57. ica. cal/gmol (ver Anexo 03-A). Cuando se descomprime el sistema al pasar el etano del punto 1 al punto 2 en el sistema, se produce el efecto Joule Thomsom, pasando de una. ím. Presión alta y Temperatura alta a una Presión baja y Temperatura baja. En la figura 17, este proceso corresponde idealmente a las etapas “C a “D” y “D” a “A”. Asímismo,. Qu. cuando el etanol pasa del punto C al punto A, su entalpía se mantiene en el valor de 55516.57 cal/gmol. Lamentablemente no se ha podido encontrar la gráfica Presión – Entalpía para el etanol o su Diagrama de Mollier correspondiente, donde indicaríamos. ría. con presión los cambios que se producen.. nie. Pero como se puede observar en la figura 17, el cambio rápido de las condiciones de presión en el punto 2 del sistema experimental, genera no solamente la disminución de la presión sino también de la temperatura, la misma que debería ser menor a 25°C, y. In ge. que en nuestro caso no es posible alcanzar temperaturas menores, porque el sistema de refrigeración no está completo.. La cantidad de carbón en el lecho fue de 170.8 g y los volúmenes de etanol utilizados. de. fueron de 175 mL al 70%, de 200 mL al 80%, de 225 mL al 90% y de 250 mL al 100%, con lo cual las relaciones volumen de etanol/carbón activado fueron de: 1.02 al. bli ot ec a. 70%, de 1.17 al 80%, de 1.31 al 90%, de 1.46 al 100%. Los resultados que se presentan en la Tabla 02 y Figura 8, muestran que la diferencia entre la temperatura en el lecho (Punto 1) y a la salida del mismo (Punto 2), después de producido el efecto Joule – Thomsom es de: ∆ T= 42°C cuando el sistema está lleno al 70% de su capacidad con etanol y de ∆ T= 41°C cuando está lleno al 100% de su. capacidad con etanol. No habiendo influencia sustancial en la disminución de la. Bi. temperatura, cuando se usó el 70% ó 100% de etanol en el sistema. El resultado es lógico dado que, el valor de la entalpía específica del etanol no depende del volumen. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(40) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. total de etanol sino de su estado inicial y estado final, por lo que, el valor de la. UN T. temperatura en el punto 2 es similar para los diferentes volúmenes utilizados. III. Influencia del tipo de carbón y pureza del etanol para diferentes temperaturas de trabajo:. ica. La naturaleza del tipo de carbón activado es una variable que determina la eficiencia. ím. del proceso de refrigeración por su capacidad de adsorción de etanol.. El equipo para determinar la influencia del tipo de carbón y temperatura en el lecho. Qu. (Punto1) en la etapa de adsorción, tienen las siguientes características (ver Fig. 07): a. Lecho de adsorción:. ría.  El diámetro interno de 1.6 cm, longitud de 138 cm y volumen de 277.5 cm3.. ocupado por el etanol.. nie.  Volumen ocupado por el carbón de 125 cm3 y volumen libre de 152.5 cm3. In ge. b. Serpentín de enfriamiento:.  El diámetro interno es de 0.56 cm. c. Tubería de Estrangulación:. de.  El diámetro interno es de 0.24 cm. bli ot ec a. d. Contenedor: . El volumen es de 4 litros.. El proceso se basa en la capacidad del carbón activado para adsorber etanol, el cual es calentado y liberado para que, por el efecto Joule Thomsom al pasar de una presión alta. Bi. a una presión baja, se produzca la disminución de temperatura.. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(41) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Se utilizaron. 3 tipos de carbón: M1, M2, M3 y temperaturas de trabajo que se. UN T. consideraron son: 80, 90 y 100°C.. de. In ge. nie. ría. Qu. ím. ica. El fluido utilizado fue etanol al 96% y 100%.. bli ot ec a. Figura 18. Puntos de monitoreo de temperatura para el sistema de adsorción carbón activado-etanol.. Los resultados que se presentan en las Tablas ennumeradas del 03 al 08 y Figuras ennumeradas del 09 al 14, muestran lo siguiente: . En los ensayos utilizando etanol al 96%:. Bi. a) Independientemente de la temperatura del lecho, con el carbón M2. se. alcanza temperaturas más bajas, tanto a la salida del lecho (Punto 2) como a la salida del serpentín (Punto 4). Contrariamente a lo esperado el carbón M3 con mayor capacidad de adsorción es el menos eficiente en disminuir la. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(42) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. temperatura por el efecto Joule - Thomsom. Siendo el carbón M2 con de etanol intermedia entre M1 y M3 el que. UN T. capacidad de adsorción. consigue disminuir la temperatura hasta 22°C.. Este comportamiento podría estar relacionado con la porosidad del carbón (ensayos no realizados) más que con la capacidad de adsorción y grupos. ica. funcionales como lo sugiere A. Silvestre-Albero et al. (2009).. ím. Desde el punto de vista termodinámico, teóricamente no debería haber una diferencia al utilizar carbones con diferentes capacidades de adsorción que. Qu. influya en el efecto Joule – Thomsom (que se produce en el punto 2). Sin embargo, las diferencias que se han observado experimentalmente estarían relacionadas con el mecanismo de liberación del etanol adsorbido, el cual. ría. requiere un análisis más detallado.. nie. b) Las temperaturas más bajas se alcanzan cuando se trabaja a la temperatura de ebullición del etanol y a 1 atmósfera de presión. Por lo que, cuando la temperatura del lecho es mayor a 80°C estamos trabajando con etanol a. . In ge. condiciones de recalentamiento.. En los ensayos utilizando etanol al 100%: a) La disminución de temperatura a la salida del lecho por el efecto Joule –. de. Thomsom (punto 2) es mayor, utilizando el carbón M1, seguido del M2 y del M3, con este último se obtienen los valores más elevados.. bli ot ec a. b) Asimismo, las bajas temperaturas se alcanzan cuando el sistema trabaja a las condiciones normales de ebullición del etanol (80°C).. Las temperaturas más bajas alcanzadas por el efecto Joule – Thomson serían cuando el ∆H es el más bajo: ∆H 80°C = - 55590.24 cal/gmol, ∆H 90°C= - 55516.57 cal/gmol, ∆H 100°C = - 55467.94 cal/gmol y se trabaja a la temperatura del punto de ebullición. Bi. del etanol.. Al contrastar los resultados obtenidos entre el etanol al 96% y al 100%, se observa que:. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(43) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. . Las temperaturas más bajas que se alcanzan a la salida del lecho (punto 2),. UN T. utilizando etanol al 96%, están en un orden de M2 < M1 < M3 y cuando se utiliza etanol al 100% el orden es de M1 < M2 < M3. En ambos casos, con el. carbón mejorado M3 no se consigue una significativa disminución de. temperatura y en lo que respecta al carbón M1 y M2, estos tienen. ica. comportamientos variables, que no es posible explicar debido a que no se tiene una caracterización más detallada de los carbones (porosidad y grupos. . ím. superficiales).. Sin embargo, si se toma como referencia los resultados obtenidos con el carbón. Qu. M3, carbón al que se le incrementó los grupos superficiales por activación química, se observa que la presencia del 4% de agua influye negativamente en el. ría. proceso. Esto podría deberse a 2 causas:. a) Que el 4% de agua esté influenciando en el efecto Joule – Thomsom que se. nie. produce a la salida del lecho. Si ésta posibilidad es la causa, estaría relacionado con el hecho que el agua a las condiciones de trabajo esta en. In ge. estado líquido y no gaseoso, por lo tanto, no contribuiría a alcanzar temperaturas más bajas por el efecto Joule- Thomsom, aun siendo la entalpia del etanol al 96% (-56100.72 cal/gmol) mucho menor que del etanol al 100% (-56030 cal/gmol). de. b) La otra posibilidad está relacionado con el enlace tipo puente de hidrógeno que forman el 4% de agua con los grupos superficiales del carbón activado. bli ot ec a. M3, dado que en su proceso de activación química se incrementan los grupos oxigenados, los cuales impedirían de alguna manera la adsorción del etanol por el carbón activado,como lo sostienen Daifullah & Girgis (2003) en su investigación. Estos autores señalan que la activación con ácido fosfórico da como resultado la. incorporación de grandes cantidades de grupos. Bi. funcionales oxigenados en la superficie del carbón activado. Para determinar si la influencia del agua está relacionada con su interacción con los grupos superficiales del carbón, se realizó un ensayo utilizando el. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.