Evaluación y optimización energética y exergética de sistemas de refrigeración por absorción

Soto Robles, Alicia (2018). Evaluación y optimización energética y exergética de sistemas de refrigeración por absorción. Proyecto Fin de Carrera / Trabajo Fin de Grado, E.T.S.I. Industriales (UPM), Madrid.

Descripción

Título: Evaluación y optimización energética y exergética de sistemas de refrigeración por absorción
Autor/es:
  • Soto Robles, Alicia
Director/es:
  • Jiménez Alvaro, Ángel
Tipo de Documento: Proyecto Fin de Carrera/Grado
Grado: Grado en Ingeniería Química
Fecha: Febrero 2018
Materias:
Palabras Clave Informales: Ciclo de refrigeración por absorción, análisis exergético, eficiencia energética, análisis de sensibilidad, diagramas de Grassmann
Escuela: E.T.S.I. Industriales (UPM)
Departamento: Ingeniería Energética
Licencias Creative Commons: Reconocimiento - Sin obra derivada - No comercial

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Resumen

El problema. que presenta este tipo de refrigeraciones es que usan una considerable cantidad de energía para poner en funcionamiento el compresor. Esto contribuye de manera indirecta, en concreto en un 80% del proceso total de refrigeración, al calentamiento global, mientras que el 20% restante lo representan las emisiones directas relacionadas con el refrigerante. Sin embargo, existen otro tipo de sistemas basados en la absorción de calor, que se centran en la optimización energética de la refrigeración eliminando el componente responsable de las emisiones indirectas. Estos sistemas sustituyen el compresor por una bomba que trabaja con el fluido en estado líquido - demandando menores potencias - y una serie de elementos adicionales, corno son una columna de destilación, otra de absorción e intercambiadores de calor, que hacen posible un cambio de composición en el fluido refrigerante, conservándose una parte del ciclo destinada a la refrigeración en sí y otra centrada en las operaciones de separación pertinentes. Además de la disminución de la demanda energética que supone sustituir el compresor por la bomba que hace de cierre del ciclo, la ventaja ahora es que, en lugar de aportar una exergía en forma de trabajo, se está aportando un contenido exergético en forma de calor facilitado por posibles industrias en las inmediaciones de la instalación. La posibilidad de esta acción radica en que el calor que necesita el generador para su correcto funcionamiento es de bajas potencias , así que fácilmente puede tratarse de un calor sobrante que no vaya. a tener una validez ulterior o en su defecto, energía térmica proveniente de fuentes de energía renovables, como solar, geotérmica o de biomasa. La exergía se define como la "máxima capacidad que tiene un sistema cerrado para producir trabajo útil interactuando con el ambiente". Esta capacidad vendrá dada tanto por una interacción física con el ambiente a unas determinadas presión y temperaturas (exergía física) como por diferencias en la composición respecto al ambiente ( exergía química). Por su propia naturaleza, la exergía mantiene una estrecha relación con la calidad de la energía, con el medio ambiente y con el desarrollo sostenible. Así, hablar de análisis exergótico equivale a hablar de la optimización de un proceso: cuanto mayor sea la calidad energética de una corriente mayor rentabilidad tendrá. El objetivo de este proyecto es entonces, mantener un equilibrio entre productividad y eficiencia exergótica atendiendo a las necesidades primordiales del ciclo, es decir, la refrigeración, pero también cuidando el consumo indirecto de la energía por parte de los elementos que lo componen por medio de un análisis exergético. En este modelo se tienen dos exergías aportadas, una en forma de trabajo a la bomba y otra, en forma de calor, al generador. Por el contrario, a pesar de absorber el calor del ambiente, se está extrayendo del ciclo su contenido exergético en el evaporador, que junto con la exergía destruída en cada componente debida a las irreversibilidades internas, formará parte de la exergía neta extraída del ciclo. A partir del diseño del ciclo y después de buscar unas condiciones óptimas de trabajo, se ha realizado un estudio exergético para comprobar su eficiencia y la distribución de pérdidas por componentes, resultando en dos casos óptimos concretos que se han relacionado entre sí. Posteriormente estos resultados se han comparado con los obtenidos de una simulación de un ciclo de compresión convencional (Rankine inverso) y así verificar el ahorro de trabajo mecánico por kw de calor extraído del foco frío que supone una refrigeración por absorción de calor. Todo esto se ha calculado mediante el software Engineering Equation Solver (EES), el cual permite la definición de los diferentes estados termodinámicos en cada punto del ciclo vía resolución numérica de sistemas de ecuaciones no lineales. Adicionalmente, EES dispone en sus librerías de funciones y ecuaciones propias de la termodinámica, así como varias tablas de propiedades de fluidos ideales y reales. Esto permite al programa incluir el cálculo de estos valores a partir de resultados obtenidos en el propio proceso iterativo. Con EES no sólo se definen las ecuaciones características de cada proceso termodinámico integrado, sino que también se puede realizar una optimización del ciclo basado en un análisis paramétrico de sensibilidad. Sobre esta optimización se hace el análisis exergético del ciclo. Para complementar el análisis exergético se incluyen gráficos que ilustran el comportamiento de los parámetros y facilitan la comprensión de los resultados. Además, para una interpretación más intuitiva, se han incluido diagramas de Grassmann, un caso particular de los diagramas de flujo de Sankey aplicados al balance de exergía. Finalmente, tras la interpretación de los datos, se ha verificado el beneficio de refrigerar con un ciclo de absorción de calor, al aumentar las potencias y eficiencias tanto frigoríficas corno exergóticas. Además ha quedado constancia de la disminución en el impacto medioambiental en contraste con un ciclo convencional o de Rankine inverso.

Más información

ID de Registro: 50040
Identificador DC: http://oa.upm.es/50040/
Identificador OAI: oai:oa.upm.es:50040
Depositado por: Biblioteca ETSI Industriales
Depositado el: 09 Abr 2018 12:17
Ultima Modificación: 09 Abr 2018 12:17
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