Equipo solar Para fabricar hielo

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1 Equipo solar Para fabricar hielo Preparado por: Facilitado por: Dispensador de hielo por absorción solar de amonio

2 En todas partes del mundo la refrigeración es de lo que más energía consume. En las áreas pobres fuera de la red eléctrica, la refrigeración es una necesidad de una importancia crítica. Ambas consideraciones nos indican que la refrigeración debe orientarse hacia el uso de las energías renovables, como parte de un modo de vida sustentable. La refrigeración con energía solar es una posibilidad real. En conjunto con la fundación S.T.E.V.E.N. (Solar Technology and Energy for Vital Economic Needs) se ha desarrollado un sistema para la fabricación de hielo utilizando amonio como refrigerante. Un prototipo de este sistema se encuentra actualmente operando en el SIFAT (Servants in Faith and Technology) un centro de entrenamiento y liderazgo tecnológico en Lineville, Alabama. Un dispensador de hielo como este podría ser usado para refrigerar vacunas, carne, lácteos, o vegetales. Esperamos que este sistema de refrigeración sea una forma eficiente de acuerdo a su costo para abordar la necesidad global de refrigeración. Este fabricador de hielos usa energía solar gratuita, unas cuantas partes móviles y lo mejor: no usa baterías. Tipos de Refrigeración La refrigeración puede parecer complicada, pero puede reducirse a una simple estrategia: De alguna manera, un refrigerante, un material que se evapora y hierve a una baja temperatura, debe llevarse a su estado líquido puro. Entonces, digamos que se necesita frío (la termodinámica diría que necesitas absorber calor). Dejando que el refrigerante se evapore se absorbe calor, de igual modo que al evaporarse el sudor absorbe el calor corporal en un día caluroso de verano. Ya que los refrigerantes hierven a bajas temperaturas, continúan evaporándose por lo tanto refrigerando- incluso cuando la leche o vacunas o lo que sea que refrigeren ya ha sido enfriado. Es tan simple como eso, lo demás son sólo detalles.

3 Uno de estos detalles es como el líquido refrigerante se produce. Los refrigeradores mecánicos, como los típicos refrigeradores eléctricos de cocina, utilizan un compresor para forzar al refrigerante de freon a convertirse a un estado líquido. Los refrigeradores de calor, como los que operan con propano o nuestro dispensador de hielo, hierven el refrigerante fuera de un material absorbente y condensan el gas refrigerante en un líquido. Esto se llama generación, y es muy similar a la manera que el alcohol de granos es purificado mediante la destilación. Después del proceso de generación, el refrigerante líquido se evapora mientras es re absorbido por un material absorbente. Los materiales absorbentes tienen una atracción química muy fuerte hacia el refrigerante. Este proceso puede ser más claro utilizando una analogía: es como exprimir una esponja (material absorbente) empapado con un refrigerante. En vez de exprimir la esponja como tal, se utiliza calor. Después cuando la esponja se seca y se vuelve sedienta de nuevo, esta reabsorbe el refrigerante en forma de gas. Mientras es absorbido, el refrigerante se evapora y absorbe calor, y es asó como tenemos la refrigeración. En un refrigerador de absorción de amonio, el amonio es el refrigerante. Los refrigeradores de amonio de ciclo continuo, como los refrigeradores comerciales operados con propano, generalmente utilizan agua como el absorbente, lo cual provee una acción enfriante continua.

4 El dispensador de hielo S.T.E.V.E.N. Llamamos a este diseño como un dispensador o fábrica de hielo. No es un refrigerador como tal porque la refrigeración ocurre en ciclos intermitentes, lo cual se adapta al ciclo de energía solar disponible del día a la noche. Los sistemas de absorción intermitente pueden usar alguna sal en vez de agua como el material absorbente. Esto tiene varias ventajas ya que la sal no se evapora con el agua durante el calentamiento, lo cual es un problema cuando se usa agua como el absorbente. Nuestro dispensador solar de hielo de absorción intermitente utiliza sal de cloruro de calcio como absorbente y amonio puro como el refrigerante. Estos materiales son relativamente fáciles de obtener. El amonio se puede conseguir sobre pedido con los proveedores de gas, y el cloruro de calcio se puede conseguir en el invierno ya que se usa para derretir la sal. La construcción del dispensador de hielos puede dividirse en tres partes: un generador para calentar la mezcla de sal y amonio, una bobina condensador, y un evaporador. El amonio fluye de ida y vuelta entre el evaporador y el generador. El generador es un tubo de acero no galvanizado de tres pulgadas posicionado en el foco de un colector parabólico. El generador está orientado hacia el esteoeste, para que el seguimiento del colector sea solo estacional. Durante la construcción, el cloruro de calcio se coloca en el generador, el cual después se cierra, al amonio puro (an hídrido) obtenida de un tanque presurizado, se le permite evaporarse a través de una válvula hacia el generador y es absorbido por las moléculas de sal, formando una solución de cloruro de calcio y amonio (CaCl 2-8NH 3 ).

5 Detalles de la tina de condensación, que contiene la bobina, y debajo la caja dispensadora El generador se conecta al condensador hecho de un tubo no galvanizado de 21 pies de largo y un cuarto de pulgada de grosor. La bobina se sumerge en agua para enfriarla. El tubo condensador baja al tanque de evaporación y recolección, situado en una caja aislada donde el hielo se produce. Alrededor de 4.5 kilos de hielo generado en un ciclo de evaporación/condensación de amonio

6 Operación El dispensador de hielo opera en un ciclo de día y noche, generado amonio destilado durante el día, y reabsorbiéndolo durante la noche. El amonio hierve hacia afuera del generador como un gas con 200 psi de presión. El gas se condensa en la bobina y se escurre hacia el tanque de almacenaje donde, idealmente, tres cuartas parte del amonio absorbido se recupera para el final del día (a 250 grados Farenheit, seis de las ocho moléculas de amonio se unen a cada molécula de sal disponible). Cuando el generador se enfría, el ciclo de la noche comienza, El cloruro de calcio reabsorbe el gas de amonio, jalándolo de regreso a través de la bobina de condensación mientras se evapora hacia afuera del tanque en la caja aislante. La evaporación del amonio remueve grandes cantidades de calor del tanque colector y del agua a su alrededor. La cantidad de calor que se absorbe depende del calor de la vaporización, la cantidad de energía requerida para evaporar una cierta cantidad de refrigerante. Pocos materiales se acercan al calor de vaporización del agua, Los humanos tenemos suerte de tener el agua como nuestro refrigerante en el sudor. El amonio se acerca al calor de vaporización del agua en 3/5 partes. Durante el ciclo nocturno, todo el amonio líquido se evapora del tanque, El agua, en bolsas alrededor del tanque, se convierte en hielo. Por la mañana el hielo se remueve y es remplazado con nueva agua para el siguiente ciclo. La cosecha de hielo y el remplazo del agua son las únicas tareas del operador. El hielo puede venderse como un producto comercial, o utilizado en una hielera o refrigerador de caja antiguo. Bajo una buena cantidad de sol, se recolecta suficiente energía para completar el ciclo de generación en mucho menos de un día, sólo tres horas. Esto permite al dispensador de hielo trabajar parcialmente en los días nublados. Cuando la generación ha terminado, el colector puede ser cubierto del sol. El generador se enfriará lo suficiente para inducir el ciclo nocturno y empezar el proceso de fabricación de hielo durante el día.

7 Dispensador de Hielo Solar: Materiales y Costos Precios en dólares americanos. Cantidad Material Costo 4 Hojas de metal galvanizado 26 ga 1 21 pies de tubo de hierro negro de 3 $100 $ Pies cuadr.de plástico tipo $60 espejo 2 Válvulas de acero inoxidable $50 de ¼ Tanque de evaporación con $40 salida de 4 Caja de refrigeración $40 1 Hoja de madera de ¾ de $20 grosor 6 2x4s de 10 pies de largo $20 Tubo de plomería de ¼ $20 2 Tapas de 3 $ pies de tubo de hierro $15 negro de ¼ 4 Soportes de 1.5 por 78 $15 Herramientas varias $15 10 Libras de amonio $15 15 Libras de cloruro de calcio $10 Total $510 Diseño Futuro Un refrigerador, capaz de absorber calor en cualquier momento de su contenido, es mucho más conveniente que nuestro dispensador intermitente. Para permitir la operación constante, un diseño futuro deberá incluir varios tubos para que la generación sea escalonada, así como una reserva para el amonio destilado. La operación escalonada permitirá al refrigerador siempre tener uno o más generadores sedientos y listos para absorber amonio, incluso durante el día cuando la generación está ocurriendo simultáneamente. La generación constantemente repondrá la demanda de amonio en el almacén de reserva. Actualmente estamos en las primeras etapas para hacer estas modificaciones al dispensador de hielo solar.

8 Precaución: La Seguridad Primero Trabajar con amonio puro puede ser peligroso si no se toman las medidas de seguridad adecuadas. El amonio puro es venenoso si se inhala en altas concentraciones, causando ardor en los ojos, nariz y garganta, ceguera y peores efectos. Ya que el agua se combina rápidamente con el amonio, una fuente de agua (manguera o cubeta) debe estar siempre cerca por si ocurre alguna fuga mayor. Esta unidad es sólo un prototipo, por lo que no debe colocarse dentro de una vivienda o donde no se tengan las condiciones de seguridad adecuadas. A diferencia de otros gases el amonio tiene la ventaja de ser fácilmente detectable por su fuerte olor. Los materiales en contacto con el amonio deben ser resistentes a la corrosión, a fin de hacer el dispensador más durable. Esta unidad se debe construir con tubos de acero no galvanizado y válvulas de acero inoxidable, ya que estos dos metales no se corroen con el amonio. Adicionalmente, durante la operación, la presión del sistema puede incrementar a 200psi. Toda la tubería debe ser capaz de soportar estas presiones sin fugas o rupturas. Se les recomienda a los constructores de los dispensadores de hielo solares que busquen asistencia técnica cuando experimenten con sistemas de absorción de amonio. Conclusión El dispensador de hielo S.T.E.V.E.N. tiene sus ventajas y sus desventajas. Como desventaja, es algo voluminoso y no es portátil, y requiere algunas partes de plomería especializada. Requiere un gas venenoso, aunque no es dañino para el ambiente en bajas concentraciones, por lo tanto se deben tomar precauciones. A su favor, tiene muy pocas partes móviles y es muy fácil de operar. Aprovecha del ciclo de día y noche de la energía solar y elimina la necesidad de baterías, almacenando el frio solar en forma de hielo.

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