SIMULACIÓN EN ASPEN PLUS®
Ciclo de refrigeración de Einstein-Szilard
Integrantes:• Alejandro Aguilar Morales• Santiago Ezquerra Quiroga• Manuel Sánchez Diéguez• Pablo Hernández SanzAsesor:• Luis de la Mora Palafox
Aspentech.com
Planteamiento del problema
1
• Simular un ciclo de refrigeración de Einstein que opere con n-butano/amoniaco/agua utilizando el paquete Aspen Plus ®
2• Identificar debilidades del ciclo y
sugerir una mejora.
3• Seleccionar las condiciones de
operación más apropiadas.
Introducción
Sustentabilidad• Tendencia verde• Ahorro energético
Refrigeración convencional• Liberan sustancias tóxicas• Alto consumo energético• Aire acondicionado y refrigerador:
• Mayores consumidores de energía (725 W)• Ruidosos
Ciclos de absorción• Aprovechan cambios en puntos de ebullición• Isobáricos (no compresores)• Calor como única fuente de energía
Dominio público
Mezcla Butano/Amonia
co Absorbe calor
Separación del amoniaco
Agua como absorbente
Evaporación del amoniaco
Bomba burbuja
Ciclo de Einstein
Dominio público
Evaporador
Delano, Andrew
Butano/Amoniaco
Amoniaco
Butano
Mezcla butano-amoniaco
Cae la Pvap
Se evapora
Absorbe calor a baja temperatura
Condensador-absorbedor
Mezcla
Cae la Pvap
Se evapora
Absorbe calor a baja temperatura
Amoniaco/Butano
Butano
Agua/Amoniaco
Agua
Delano, Andrew
Generador
Absorbe calor
Evapora amoniaco
Bomba burbuja
El agua cae al condensador
Amoniaco
Agua
Amoniaco/Agua
Delano, Andrew
Mejora al sistema
Se sugiere la siguiente modificación
• Recircular la fase líquida del evaporador.
• Nos permite trabajar dentro de la campana.
• Evita acumulaciones y derrame.
Dominio público
Diagrama de Proceso en ASPEN
271
4
1004
4
315
4
17448
273
4
2747
M1
278
4
373
BUTANEL
278
4
2374
3
362
4
180015
381
4
1419
5
381
4
381
9
271
4
1004
10
11
21
425
4
2374
6
351
4
17441
384
4
2747
13
351
4
1385
7
417
4
415
12
M1
EVP
Q=5932
GENER
Q=14451PP
Q=-0
PP2
Q=11912
PP3
Q=-11914
CONABS
Q=-2094
TAG
Q=-18272
M2
M3
Temp eratu r e ( K)
Pr essu re ( b ar)
Mass Flo w Rate (g m /min )
Q Du ty ( Watt)
Condiciones de operación
Los resultados que se muestran cumplen las siguientes condiciones de operación a menos que se indique lo contrario.
Equipo Condición Valor
Todos Presión 4 bar
Generador Temperatura 381 K
Condensador Temperatura 351 K
Evaporador Temperatura 278 K
Butano puro evaporador
Flujo molar 30 mol/min
Amoniaco generador Flujo molar 61.98 mol/min
Agua generador Flujo molar 41.32 mol/min
Dominio público
Resultados
Variaciones en la temperatura del generador
320 330 340 350 360 370 380 390 400 410 4200
5000
10000
15000
20000
25000
30000
T generador °K
Pote
ncia
del
evapora
dor
(W)
•La temperatura del generador es la principal variable para controlar nuestro sistema
Resultados
320 330 340 350 360 370 380 390 400 410 4200
0.5
1
1.5
2
2.5
T generador °K
Coefi
cie
nte
de d
ese
mpeño
• El coeficiente de desempeño es óptimo en ≈ 339 K
•A T mayores se desperdicia el exceso de calor
•Se busca recuperar todo el amoniaco posible
Para cambios en la temperatura del generador
Resultados
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1260
280
300
320
340
360
380
400
420
P = 4 bar
BurbujaRocío
Fracción de agua
Tem
pera
tura
°K
•Si se eleva la temperatura del generador
•Se obtiene amoniaco menos puro
•El sistema falla si pasamos de 420 °K
Equilibrio agua amoniaco
Resultados
Variaciones en la temperatura del evaporador
• Aumentar la temperatura de salida
• Es necesario absorber más calor para calentar la corriente de salida del evaporador
274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 2842000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
Temperatura del evaporador (°K)
Pote
ncia
del
evapora
dor
(W)
Resultados
Variaciones en la temperatura del evaporador
•Disminuye el calor del generador
• Disminuye la cantidad de amoniaco evaporado
•Menor amoniaco en el evaporador = temperatura de ebullición mayor
274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 28411200
13200
15200
17200
19200
21200
23200
25200
27200
Temperatura del evaporador (°K)
Pote
ncia
del
genera
dor
(W)
Resultados
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1240
250
260
270
280
290
300
310
320
P = 4 bar
BurbujaRocío
Fracción de butano
Tem
pera
tura
°K
Dominio público
Mejores condiciones
Equipo Condición Valor
Todos Presión 4 bar
Generador Temperatura 351 K
Evaporador Temperatura 280.42 K
Butano puro evaporador
Flujo molar 30 mol/min
Amoniaco generador Flujo molar 61.98 mol/min
Agua generador Flujo molar 41.32 mol/min
Generador Calor 1026 W
Evaporador Calor 5385 W
Todos COP 5.24
Conclusiones
El sistema nos permite enfriar en un rango de 0 °C a 10 °C.
El punto ideal de operación del generador es a 78 °C.
Se logró utilizar Aspen para simular un proceso complejo.
Se comprobó la utilidad del refrigerador de Einstein-Szilard.