Evaluación termodinámica de un sistema frigorífico en cascada a partir de análisis paramétrico y comparación de refrigerantes

Abstract

El objetivo de la tesis consiste en evaluar termodinámicamente un sistema de refrigeración en cascada de nivel industrial, a través de un análisis paramétrico, variando los refrigerantes utilizados. Se han determinado las ecuaciones termodinámicas que describen un proceso de refrigeración, bajo un análisis de primera y segunda ley, las cuales se han adaptado a un caso de estudio proporcionado por la sección de Energía de la Universidad de Piura. Para el desarrollo de la solución numérica se ha utilizado el software Engineering Equation Solver (EES). Posteriormente, se realizaron variaciones en los parámetros de las propiedades que definen los estados, así como los refrigerantes utilizados para analizar la influencia que tenían respecto al rendimiento del sistema. Se encontró que las condiciones de trabajo de los componentes del sistema y el tipo de fluido refrigerante influyen significativamente en el rendimiento y eficiencia de los sistemas de refrigeración, sin embargo, es importante tener en cuenta que existen limitantes como: propiedades y riesgos de los refrigerantes, presiones de trabajo de los dispositivos y tipo de material de aislamiento térmico utilizado. Se concluye que en un sistema de refrigeración en cascada con un ciclo de alta y de baja temperatura, se tendrá mejor eficiencia de segunda ley en el ciclo de baja temperatura. Esto se debe a que, el ciclo de baja trabaja en condiciones más óptimas con respecto a las irreversibilidades que el ciclo de alta, es decir, la temperatura y presiones de trabajo son más bajas. En el análisis energético planteado, para cada variación de refrigerante, se puede esclarecer que la combinación R-134a/R-717 tendrá un ahorro energético del 52% con respecto al costo energético de la combinación de refrigerantes R-134a /R-134a.