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

Ciclo

Dominio público

Evaporador

Delano, Andrew

Butano/Amoniaco

Amoniaco

Butano

Mezcla butano-amoniaco

Cae la Pvap

Se evapora

Absorbe calor a baja temperatura

Ciclo

Dominio público

Condensador-absorbedor

Mezcla

Cae la Pvap

Se evapora

Absorbe calor a baja temperatura

Amoniaco/Butano

Butano

Agua/Amoniaco

Agua

Delano, Andrew

Ciclo

Dominio público

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.

Agradecimientos

Albert Einstein y Leó Szilard.Luis de la Mora.René Huerta.

¡¡A todos ustedes por su atención!!