Potencial de la refrigeración por absorción activado con gas natural y energía solar en centros comerciales de Barranquilla

• Autores: Andrés David Rodríguez Toscano
• Directores de la Tesis: Alexis Sagastume Gutiérrez (dir. tes.), Carlos Fidel Amaris Castilla (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad de la Costa ( Colombia ) en 2022
• Idioma: español
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: hdl.handle.net
• Resumen
  • español

    En esta tesis doctoral se presenta una evaluación de la factibilidad técnica, ambiental y económica de la implementación de sistemas de refrigeración por absorción en centros comerciales ubicados en la ciudad de Barranquilla, Colombia, usando H2O/LiBr y NH3/LiNO3 como fluidos de trabajo, considerando diferentes fuentes de energía para su activación (energía solar y/o gas natural). Para llevar a cabo esta investigación, se realizó una revisión de la literatura especializada de la tecnología. Se seleccionaron tres centros comerciales que caracterizan el mayor número de este tipo de edificaciones de acuerdo con el área a acondicionar y el tamaño disponible para la instalación de los sistemas. Posteriormente, se estimó la carga térmica para el acondicionamiento de aire en los centros comerciales a partir de mediciones de la potencia eléctrica y se identificó condiciones críticas de operación. Luego, se desarrolló un modelo termodinámico de los sistemas de refrigeración por absorción utilizando energía solar y/o gas natural y se validó con datos del fabricante para diferentes series de sistemas de refrigeración por absorción obteniendo errores relativos menores del 1% en el evaporador y generador. Con este, se realizó un análisis de sensibilidad de las características técnicas e indicadores de desempeño de todo el sistema usando los dos fluidos de trabajo y dos tipos de colectores solares térmicos. Luego, se estudiaron los diferentes escenarios planteados para los centros comerciales seleccionados considerando, factores técnicos (incluyendo mantenimiento), ambientales y económicos. Con ello, se determinó que tipo de colector solar térmico, fluido de trabajo, fuente de energía para la activación, configuración y que condiciones de operación eran las más adecuadas para implementar en sistemas de refrigeración por absorción en la ciudad. También, se obtuvieron como resultado en algunos escenarios, IRR de hasta el 54,6 %, tiempos de retornos de la inversión bajos de entre 2 y 3 años, COP de hasta 0,77 y SCOP de hasta 0,52 en las condiciones más críticas correspondientes al día típico del mes seleccionado. Si se desea llevar estos estudios de factibilidad a un mayor nivel de detalle que permita estudiar los mecanismos de transferencia de masa y calor, se requerirá evaluar los componentes claves del sistema. Por ello, al final se desarrolló como una herramienta complementaria para futuras investigaciones, una metodología para simular absorbedores de burbujas mediante un modelo CFD y evaluar dichos mecanismos considerando los modelos multifase, los modelos de turbulencia y mezcla, la prueba de independencia del mallado, la cantidad de elementos de la malla y las variables para validar el modelo CFD correctamente ( lo que no estaba definido con claridad en la literatura especializada).

  • English

    This doctoral thesis presents an evaluation of the technical, environmental and economic feasibility of the implementation of absorption refrigeration systems in shopping centers located in the city of Barranquilla, Colombia, using H2O/LiBr and NH3/LiNO3 as working fluids. considering different energy sources for its activation (solar energy and/or natural gas). To carry out this research, a review of the specialized literature of the technology was carried out. Three shopping centers were selected that characterize the largest number of this type of buildings according to the area to be conditioned and the size available for the installation of the systems. Subsequently, the thermal load for air conditioning in shopping centers was estimated from electrical power measurements and critical operating conditions were identified. Then, a thermodynamic model of absorption refrigeration systems using solar energy and/or natural gas was developed and validated with manufacturer data for different series of absorption refrigeration systems, obtaining relative errors of less than 1% in the evaporator and generator. . With this, a sensitivity analysis of the technical characteristics and performance indicators of the entire system was carried out using the two working fluids and two types of solar thermal collectors. Then, the different scenarios proposed for the selected shopping centers were studied, considering technical (including maintenance), environmental and economic factors. With this, it was determined what type of solar thermal collector, working fluid, energy source for activation, configuration and what operating conditions were the most appropriate to implement in absorption refrigeration systems in the city. Also, as a result in some scenarios, IRR of up to 54.6%, low investment return times of between 2 and 3 years, COP of up to 0.77 and SCOP of up to 0.52 in the most favorable conditions were obtained. reviews corresponding to the typical day of the selected month. If it is desired to take these feasibility studies to a higher level of detail that allows studying the mechanisms of mass and heat transfer, it will be necessary to evaluate the key components of the system. For this reason, in the end, a methodology was developed as a complementary tool for future research to simulate bubble absorbers by means of a CFD model and to evaluate said mechanisms considering multiphase models, turbulence and mixing models, the mesh independence test, the number of mesh elements and variables to validate the CFD model correctly (which was not clearly defined in the specialized literature).