Análisis de correlaciones para propiedades termodinámicas del agua saturada y vapor sobrecalentado aplicado a ciclos de refrigeración por absorción
DOI:
https://doi.org/10.37636/recit.v6n4e263Palabras clave:
Correlaciones, Refrigeración por absorción, LiBr-H2O, SHX, COPResumen
El presente trabajo compara las propiedades termodinámicas, del agua saturada y sobrecalentada, obtenidas mediante correlaciones propuestas por dos grupos de autores contra aquellas correlaciones obtenidas por la IAPWS. Además, el COP de un ciclo de refrigeración por absorción es estimado, en el que es empleado como mezcla de trabajo, para distintas efectividades del intercambiador de calor de solución, mediante el uso de dichas correlaciones. Los resultados muestran que, al comparar las propiedades, estimadas por medio de las correlaciones propuestas, contra las obtenidas por la IAPWS, se concluye que hay una buena concordancia entre la mayoría de propiedades bajo estudio. Cuando se utilizan las correlaciones para estimar el COP del ciclo, las correlaciones propuestas por uno de los dos grupos de autores lo estiman muy bien, siendo la máxima desviación de cuando la efectividad del intercambiador de calor de solución es de ; mientras que, si se utilizan las correlaciones propuestas por el otro grupo de autores, la desviación es casi constante, promediando . Finalmente, una ventaja del uso de las correlaciones propuestas por ambos autores, en comparación con las obtenidas por la IAPWS, es que estas resultan de formulaciones de simples polinomios (n 6), lo que las hace más sencillas de programar, así como su posible implementación como herramienta computacional para el cálculo de las propiedades del agua durante el análisis y simulación de sistemas de refrigeración por absorción.
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Md.F. Hossain. Sustainable design and build: Building, Energy, Roads, Brindges, Water and Sewer Systems. Elsevier INC., Butterworth-Heinemann, pp. 301-418, 2019. DOI: https://doi.org/10.1016/B978-0-12-816722-9.00006-9
J. Zheng, J. Castro, A. Oliva, C. Oliet. “Energy and exergy analysis of an absorption system with working pairs LiBr-H2O and Carrol-H2O at applications of cooling and heating. International Journal of Refrigeration, vol. 132, pp. 156-171, 2021. https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2021.09.011 DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2021.09.011
A.M. Blanco-Marigorta, J.D. Marcos. “Key issues on the exergetic analysis of H2O/LiBr absorption cooling systems”. Case Studies in Thermal Engineering, vol. 28, 101568, 2021. https://doi.org/10.1016/j.csite.2021.101568 DOI: https://doi.org/10.1016/j.csite.2021.101568
X. Jiang, Z. Cao, Z. “A group of simple precise formulations for properties of water and steam”. Power Eng, vol. 23: pp. 2777–2780, 2003. https://www.semanticscholar.org/paper/A-Group-of-Simple-Precise-Formulations-for-of-Water Xun/b76ce2b3cde3fda540238b430239af7b4b316b1d
H.J. Kretzschmar, R. Feistel, W. Wagner, K. Miyagawa, A.H. Harvey, J.R. Cooper, M. Hiegemann, F.L. Blangetti, K.O. Orlov, I. Ewber, A. Singh, S. Herrmann. “The IAPWS industrial formulation for the thermodynamic properties of seawater”. Desalination and Water Treatment, vol. 55(5), pp. 1177-1199, 2015. http://dx.doi.org/10.1080/19443994.2014.925838
G.A. Florides, S.A. Kalogirou, S.A. Tassou, L.C. Wrobe. “Design and construction of a LiBr-water absorption machine”. Energy Conversion and Management, vol. 44, pp. 2483–2508, 2003. https://doi.org/10.1016/S0196-8904(03)00006-2
R.B. Dooley. “Revised release on the IAPWS formulation 1995 for the thermodynamic properties of ordinary water substance for general and scientific use”. IAPWS R6-95, pp. 1-19, 2018. http://www.iapws.org/relguide/IAPWS95-2018.pdf
G.F.C. Rogers, Y.R. Mayhew. Thermodynamic and transport properties of fluids: SI units. 4th ed. UK: Blackwell Publishers, 1992.
Z. Yuan, K. Herold. “Thermodynamic properties of aqueous lithium bromide using a multiproperty free energy correlation”. HVAC and R Research, vol. 11: pp.377-393, 2005. https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/10789669.2005.10391144 DOI: https://doi.org/10.1080/10789669.2005.10391144
W. Wagner and A. Prub. “The IAPWS formulation 1995 for the thermodynamic properties of ordinary water substance for general and scientific use”. Journal of Physics Chemical, vol. 31: pp. 387-535, 2002. http://www.teos-10.org/pubs/Wagner_and_Pruss_2002.pdf DOI: https://doi.org/10.1063/1.1461829
M.P. Verma. SteamTablesGrid: “An activeX control for thermodynamic properties of pure water”. Computers and Geosciences, vol 37: 582-587, 2011. https://doi.org/10.1016/j.cageo.2010.02.012 DOI: https://doi.org/10.1016/j.cageo.2010.02.012
F. Mallamance, C. Corsaro, D. Mallamance, S. Vasi, C. Vasi, H.E. Stanley. “Thermodynamic properties of bulk and confined water”. The Journal of Chemical Physics, vol. 141: pp. 141-149, 2014. https://doi.org/10.1063/1.4895548 DOI: https://doi.org/10.1063/1.4895548
X. Zhong, X. Zhang, M. Saeed, Z. Li, J. Yu. (2020). “Comparative study on water thermodynamic property functions of TRACE code”. Annals of Nuclear Energy, vol. 147: 107754, 2020. https://doi.org/10.1016/j.anucene.2020.107754 DOI: https://doi.org/10.1016/j.anucene.2020.107754
Y. Ma, X. Li, X. Wu. “Thermal–hydraulic characteristics and flow instability analysis of an HTGR helical tube steam generator”. Ann. Nucl. Energy, vol. 73: pp. 484–495, 2014. https://doi.org/10.1016/j.anucene.2014.07.031 DOI: https://doi.org/10.1016/j.anucene.2014.07.031
J. Yu, H. Liu, B. Jia. (2009). “Sub-channel analysis of CANDU–SCWR and review of heat-transfer correlations”. Prog. Nucl. Energy, vol. 51: pp. 246–252, 2009. https://doi.org/10. 1016/j.pnucene.2008.05.002. DOI: https://doi.org/10.1016/j.pnucene.2008.05.002
X. Zhong, X. Zhang, J. Yu, M. Saeed, Y. Li, Z. Chen, B. Tang, Y. Sun. “Development of an improved non-equilibrium multi-region model for pressurized water reactor pressurizer”. Ann. Nucl. Energy, vol. 126: pp. 133–141, 2019. https://doi.org/10.1016/j.anucene.2018.11.010. DOI: https://doi.org/10.1016/j.anucene.2018.11.010
P.S. Arshi Banu, N.M. Sudharsan. “Feasibility studies of single effect H2O-LiBr+LiCl+LiNO3+LiCl vapour absorption cooling system for solar based applications”. J. Chem. Pharm. Sci, vol. 12: pp. 1-7, 2017. https://jchps.com/specialissues/2017%20Special%20Issue%2012/20171104_093252_AFM17073.pdf
J. Wonchala, M. Hazledine, K.G. Boulama. “Solution procedure and performance evaluation for a water–LiBr absorption refrigeration machine”. Energy, vol. 65: pp. 272–284, 2014. https://doi.org/10.1016/j.energy.2013.11.087 DOI: https://doi.org/10.1016/j.energy.2013.11.087
R. López-Zavala, N. Velázquez-Limón, L. González-Uribe, J. Aguilar-Jiménez, J. Alvarez-Mancilla, A. Acuña. A novel LiBr/H2O absorption cooling and desalination system with three pressure levels. Int. J. Refrig, vol. 99: pp. 469–478, 2019. https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2019.01.003 DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2019.01.003
X. She, Y. Yin, M. Xu, X. Zhang. “A novel low-grade heat driven absorption refrigeration system with LiCl–H2O and LiBr–H2O working pairs”. Int. J. Refrig, vol 58: pp. 219–234, 2015. https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2015.06.016 DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2015.06.016
L. Domínguez-Inzunza, M. Sandoval-Reyes, J. Hernández Magallanes, W. Rivera. “Comparison of the performance of single effect, half effect, double effect in series and inverse absorption cooling systems operating with the mixture H2O-LiBr”. Energy Procedia, vol. 57: pp. 2534–2543, 2014. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2014.10.264 DOI: https://doi.org/10.1016/j.egypro.2014.10.264
A. Iranmanesh, M. Mehrabian. “Dynamic simulation of a single-effect LiBr–H2O absorption refrigeration cycle considering the effects of thermal masses”. Energy Build, vol. 60: pp. 47–59, 2013. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2012.12.015 DOI: https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2012.12.015
Xu, Z., Wang, R., Xia, Z. “A novel variable effect LiBr-water absorption refrigeration cycle”. Energy, vol. 60, pp. 457–463, 2013. https://doi.org/10.1016/j.energy.2013.08.033 DOI: https://doi.org/10.1016/j.energy.2013.08.033
S. Braccio, H.T. Phan, M. Wirtz, N. Tauveron, N. Le Pierrès, N. Simulation of an ammonia-water absorption cycle using exchanger effectiveness. Appl. Therm. Eng, vol. 213, 118712, 2022. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2022.118712 DOI: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2022.118712
Al-Ugla, A. A., El-Shaarawi, M. A. I., Said, S. A. M., 2015. “Alternative designs for a 24-hours operating solar-powered LiBr–water absorption air-conditioning technology”. Int. J. Refrig, vol. 53, pp. 90-100, 2015. https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2015.01.010 DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2015.01.010
T. Ahmad, Md. Azhar, M.K. Sinha, Md. Meraj, I.S. Mahbudul, A. Ahmad. “Energy analysis of lithium bromide-water and lithium chloride-water based single effect vapor absorption refrigeration system: A compressive study”. Cleaner Engineering and Technology, vol. 7, 100432, 2022. https://doi.org/10.1016/j.clet.2022.100432 DOI: https://doi.org/10.1016/j.clet.2022.100432
M.M. Talbi, B. Agnew 2000. Exergy analysis: an absorption refrigerator using lithium bromide and water as the working fluids. Appl. Therm. Eng, vol. 20: pp. 619–630, 2000. https://doi.org/10.1016/S1359-4311(99)00052-6 DOI: https://doi.org/10.1016/S1359-4311(99)00052-6
D. Konwar, T.K. Gogoi, A.J. Das. “Multi-objective optimization of double effect series and parallel flow water–lithium chloride and water–lithium bromide absorption refrigeration systems”. Energy Conversion and Management, vol. 15: pp. 425-441, 2019. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2018.10.029 DOI: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2018.10.029
W. Wagner, JR. Cooper, A. Dittmann, A. Kijima, HJ. Kretzschmar, A. Kruse. “The IAPWS industrial formulation 1997 for the thermodynamic properties of water and steam”. J. Eng. Gas Turbine Power, vol. 122: pp. 150-181, 2000. https:// doi:10.1115/1.483186 DOI: https://doi.org/10.1115/1.483186
Na. Li, C. Luo, Q. Su. “A working pair of CaCl2-LiBr-LiNO3/H2O and its application in a single-stage solar-driven absorption refrigeration cycle”. International Journal of Refrigeration, vol. 86: pp. 1-13, 2018. https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2017.11.004 DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2017.11.004
X. Jiang, Z. Cao, Z. “A group of simple precise formulations for properties of water and steam”. Power Eng, vol. 23: pp. 2777–2780, 2003. https://www.semanticscholar.org/paper/A-Group-of-Simple-Precise-Formulations-for-of-Water-Xun/b76ce2b3cde3fda540238b430239af7b4b316b1d
R. Maryami, A. Dehghan. “An exergy based comparative study between LiBr/water absorption refrigeration systems from half effect to triple effect, Appl. Therm. Eng, vol. 124: pp. 103–123, 2017. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2017.05.174 DOI: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2017.05.174
S.A. Klein. Engineering Equation Solver (EES), Version 10.2. F-chart Software 2020, Madison, USA.
www.fchart.com
R. Lizarte, J. Marcos. “COP optimization of a triple-effect H2O/ LiBr absorption cycle under off-design conditions”. Appl. Therm. Eng, vol. 99: pp. 195–205, 2016. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2015.12.121 DOI: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2015.12.121
G.A. Florides, S.A. Kalogirou, S.A. Tassou, L.C. Wrobe. “Design and construction of a LiBr-water absorption machine”. Energy Conversion and Management, vol. 44, pp. 2483–2508, 2003. https://doi.org/10.1016/S0196-8904(03)00006-2 DOI: https://doi.org/10.1016/S0196-8904(03)00006-2
J. Zhenghao, S. Li, R. Zhou, M. Xu, Jian W, K. Du. “Experimental investigation on the effect of TiO2 nanoparticles on the performance of NH3-H2O-LiBr absorption refrigeration system. International Journal of Refrigeration, vol. 131: pp.826-833, 2021. https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2021.08.009 DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2021.08.009
S. Zhou, G. He, Y. Li, X. Liang, Q. Pang, D. Cai. Compressive experimental evaluation of an exhaust-heat driven absorption refrigeration cycle system using NH3-NaSCN as working pair. International Journal of refrigeration, vol. 126: 168-180, 2021 DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2021.01.013
https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/10789669.2005.10391144
S. Ghatos, M. Taha-Janan, A. Mehdari. “Thermodynamic model of a single stage H2O-LiBr absorption cooling”. E3S Web of Conference, vol. 234: 1-7, 2021. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202123400091 DOI: https://doi.org/10.1051/e3sconf/202123400091
R. Porumb, B. Porumb, M. Balan. “Numerical investigation on solar absorption chiller with LiBr-H2O operating conditions and performances”. Energy Procedia, vol. 112, pp. 108-117, 2017. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2017.03.1071 DOI: https://doi.org/10.1016/j.egypro.2017.03.1071
Herold, Radermacher, Klein. Absorption chillers and heat pumps, Segunda edición, CRC Press, 2016. DOI: https://doi.org/10.1201/b19625
V. Pérez-García, J.L. Rodríguez-Muñoz, J.M. Belman-Flores, C. Rubio-Maya, J.J. Ramírez-Minguela. “Theoretical modeling and experimental validation of a small capacity diffusion-absorption refrigerator”. International Journal of Refrigeration, vol. 104, pp. 302-310, 2019. https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2019.05.014 DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2019.05.014
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