Comparación entre los ciclos de refrigeración por compresión de vapor y absorción mediante la primera y segunda ley de la termodinámica en aplicaciones de climatización y refrigeración

Abstract

El uso de energía es vital para cualquier proceso industrial. Hoy en día se hace necesario utilizar la energía eficientemente. Para esto se requiere optimizar los recursos utilizados en su producción, como disminuir pérdidas e incluso mejorar los procesos que se usan para aquello. En este trabajo se comparan los ciclos de refrigeración por compresión de vapor y de absorción, mediante un análisis energético y exergético para obtener los puntos de mejor desempeño y de menores irreversibilidades en aplicaciones de climatización y refrigeración. Luego de realizar los balances de masa, energía y exergía y seleccionar los fluidos de trabajo, siendo amoniaco para el ciclo por compresión de vapor y una mezcla de amoniaco-agua para el ciclo de absorción, se desarrollan los modelos para los ciclos. Los modelos se necesitan validar reproduciendo los resultados de la literatura. Se encuentra una buena concordancia entre ellos, con errores no mayores al 3%. Para encontrar los parámetros de mejores desempeños de ambos ciclos, se realiza un análisis de sensibilidad del COP y del rendimiento exergético, además de las irreversibilidades que se generan en ambos ciclos. Se encuentra que para el ciclo de refrigeración por compresión de vapor, el aumento de la temperatura del evaporador implica un aumento en el COP del ciclo, una disminución en el rendimiento exergético al igual que en las irreversibilidades del ciclo. Cuando se tiene una menor temperatura del condensador, mejores serán el COP y el rendimiento exergético, mientras que la irreversibilidad será menor. Ahora bien, para el ciclo de refrigeración por absorción, al variar la temperatura del evaporador se encuentra que para aplicaciones de refrigeración (T_e<-10°C), se necesitan temperaturas del generador altas (T_g~140°C), mientras que para aplicaciones de climatización temperaturas bajas del generador (T_g~80°C). Variando la temperatura del condensador, es necesario tener bajas temperaturas para obtener mejores desempeños. De manera similar a la del condensador, la temperatura del absorbedor debe ser baja para que los desempeños del ciclo sean los mejores. Luego de encontrar los parámetros adecuados para obtener los mejores desempeños de los ciclos de refrigeración, la comparación entre ellos, permite inferir tanto para aplicaciones de refrigeración como de climatización, que el ciclo por compresión de vapor tiene mejores resultados para el COP. En cuanto al rendimiento exergético, sólo para temperaturas bajas del generador (T_g<60°C) se obtiene un mejor desempeño sólo en aplicaciones de climatización. De igual forma a lo anterior ocurre con las irreversibilidades.