Hidraulica

Revista Iberoamericana de Ingeniería Mecánica. Vol. 9, N.º 3, pp. 67-77, 2005

ANÁLISIS EXERGÉTICO DE UN SISTEMA FLEXIBLE DE AIRE ACONDICIONADO CON DESHIDRATACIÓN
JESÚS GUALLAR PARACUELLOS 1, Mª DOLORES DE GRACIA VILLANUEVA 2
Universidad de Zaragoza Departamento de Ingeniería Mecánica, Grupo de Ingeniería Térmica y Sistemas Energéticos María de Luna s/n, 50018 Zaragoza, España 2 UniversidadPolitécnica de Valencia Instituto de Ingeniería Energética Camino de Vera s/n , 46022 Valencia, España (Recibido 6 de abril de 2004, para publicación 4 de octubre de 2004)
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Resumen – Frente a la configuración típica de los sistemas de aire acondicionado de ciclo abierto que emplean deshidratación, en los que el caudal de retorno está fuertemente ligado al caudal de proceso, se propone un nuevoesquema que mejora la flexibilidad de la instalación, al desacoplar ambos caudales. Se propone esta solución para resolver un problema de aire acondicionado, apareciendo como equipo singular una rueda de deshidratación cuyo material adsorbente es silica gel. El procedimiento que se sigue en la caracterización de la instalación propuesta, hace hincapié en su análisis energético, basado en lasegunda ley de la termodinámica. En base al segundo principio se obtiene la pérdida de exergía que se produce en cada uno de los componentes, la pérdida de exergía total del sistema y el valor del rendimiento exergético global. Como resultado del citado análisis se detectan los equipos que producen una mayor pérdida de energía útil. Por último se analiza cómo afecta la variación del caudal deregeneración en el funcionamiento global del sistema, respecto al coeficiente de operación y respecto al rendimiento exergético. Los resultados se han obtenido modelando el comportamiento de los equipos y las condiciones reales de operación con el programa EES (Engineering Equation Solver), el cual dispone de librerías con las propiedades termofísicas de las sustancias de trabajo y permite la obtención dediagramas psicrométricos útiles para la evaluación del comportamiento del sistema ante variaciones de operación.

1. INTRODUCCIÓN Frente a los sistemas convencionales de acondicionamiento de aire, basados en ciclos termodinámicos de compresión o absorción, están adquiriendo cada vez más importancia los sistemas de acondicionamiento con deshidratación, que introducen la desecación del aire enalgún punto del ciclo. Estos sistemas presentan importantes ventajas respecto a los tradicionales [1, 2], ya que no emplean refrigerantes que produzcan impactos al medio ambiente y tienen ventajas operacionales como el control independiente de la humedad y la temperatura, y la limpieza y desinfección del aire. Por otro lado, permiten la reducción de la factura energética al poder emplearse energíasresiduales o renovables (también cogeneración) para la regeneración del material desecante. Además, se estima que su coste futuro de fabricación en serie será competitivo respecto al coste de los sistemas convencionales. En los sistemas de refrigeración basados en la desecación, el equipo clave es la rueda de deshidratación, donde se producen los fenómenos de adsorción-desorción. La adsorción es unproceso reversible mediante el cual un gas (adsorbato) es fijado en un sólido (adsorbente), habitualmente un material poroso. Se trata de un proceso exotérmico, en el que el calor desprendido es debido a la condensación del adsorbato más la energía generada en la unión adsorbente-adsorbato. El proceso inverso es la desorción y constituye un proceso endotérmico, por lo que requiere una fuente deenergía en forma de calor para realizarse. Estas características del fenómeno de la adsorción/desadsorción, son las que se aprovechan para su aplicación a los sistemas de climatización [3, 4]. Las ruedas de desecación son, por lo tanto, equipos intercambiadores de masa y energía (transfieren calor latente y sensible), cuyo funcionamiento está regido por ecuaciones de transferencia de calor y...