Evaluation of irreversibility in an ammonia-water absorption refrigeration system using three different mathematical models to calculate the thermodynamic properties

Evaluación de irreversibilidades en un sistema de refrigeración por absorción amoniaco-agua empleando tres modelos matemáticos diferentes para calcular las propiedades termodinámicas

Los análisis por Segunda Ley, o de Exergia, en los Sistemas de Refrigeración por Absorción (SRA) son muy importantes, ya que permiten realizar análisis de optimización de acuerdo con el trabajo disponible, los cuales se establecen a partir de las condiciones de operación y del cálculo de sus propiedades. Para el modelado de estos sistemas existen diversas metodologías de cálculo para las propiedades termodinámicas. En este trabajo se realiza un estudio termodinámico sobre un SRA con mezcla amoniaco-agua propuesto (Caso Base), con la finalidad de evaluar la sensibilidad en las irreversibilidades globales y por equipo. Para tal efecto se emplearon tres metodologías existentes: (M1) el modelo de Ibrahim y Klein (1993), a través del software comercial Engineering Equation Solver (EES); (M2) el modelo propuesto por Tillner-Roth y Friend (1998), a través del software REFPROP v.8.0, desarrollado por el National Institute of Standars and Technology (NIST), y (M3) la metodología propuesta por Xu y Goswami (1999), programada para este análisis. Las diferencias entre las propiedades obtenidas y el funcionamiento del SRA por Primera Ley no son significativas en la evaluación del COP, obteniendo variaciones mínimas (Caso Base: 0.595, M1: 0.596, M2: 0.594, M3: 0.599). Para el análisis por Segunda Ley, la irreversibilidad total del sistema para los tres modelos resultó ser la misma (Irr Global: 123.339 kW), a pesar de que en la irreversibilidad por equipo sobresalen las diferencias entre el Intercambiador de la Solución (M1: 5.783kW, M2: 6.122kW, M3: 8.701kW), el Desorbedor (M1: 51.302kW, M2: 45.713kW, M3: 49.098kW) y el Rectificador (M1: 0.766kW, M2: 3.565kW, M3: 0.427kW). Los equipos que más destruyen exergia son el Desorbedor, el Absorbedor y el Condensador, respectivamente.

I. INTRODUCCIÓN

La mezcla de amoníaco y agua (AWM) se ha utilizado con éxito en muchos sistemas de refrigeración por absorción (ARS). La AWM ha jugado un papel importante en el uso de las bombas de calor o como ARS aplicada o acoplada a diversos sistemas externos, como las torres de destilación ^[1], los ciclos Kalina, que tienen presiones más altas que un sistema convencional ^[2,3], los sistemas de aire acondicionado, y la refrigeración del aire de combustión para las turbinas de gas y las corrientes en las industrias extractivas como el carbón y el petróleo ^[4]. La mayor parte del diseño y el análisis de los ARS hasta poco después de la primera mitad del siglo pasado se basaba en predicciones gráficas. Sin embargo, el rango de presiones era pequeño y se basaba únicamente en pocos puntos de datos experimentales y deducciones teórico-empíricas ^[5,6,7].