Factibilidad Técnica de un Refrigerador Solar basado en el Ciclo de Absorción

Tamaño: px

Comenzar la demostración a partir de la página:

Download "Factibilidad Técnica de un Refrigerador Solar basado en el Ciclo de Absorción"

Esperanza Moreno Miranda
hace 7 años
Vistas:

1 Factibilidad Técnica de un Refrigerador Solar basado en el Ciclo de Absorción Dr. Rubén Vásquez León Resumen Se presentan resultados de la simulación un refrigerador hipotético con funcionamiento basado en el principio de absorción. Dicha simulación se implementó para evaluar la factibilidad de la utilización de uno de estos dispositivos para reducir la carga térmica a remover de un espacio por un acondicionador convencional. Ambas unidades integran lo que hemos denominado un sistema mixto de refrigeración para ahorrar energía eléctrica. Los resultados indican que la producción de frío es factible pero requiere el desarrollo de un sistema de control sofisticado y por lo tanto costoso. Una estimación preliminar predice un costo de amortización de casi cuatro años. Introducción En los últimos años se ha intensificado la búsqueda de tecnologías que mejoren la eficiencia de los equipos que consumen electricidad y se han buscado tecnologías que mejoren la eficiencia de utilización de la energía eléctrica o que aprovechen fuentes alternas de energía limpia, siendo una de las más claramente identificadas la energía solar. Dos de los procesos que más energía eléctrica consumen en los climas tropicales son 1). La refrigeración para conservación de alimentos y 2). El acondicionamiento de aire para confort humano. Ambos procesos se han atacado convencionalmente utilizando refrigeradores o equipos acondicionadores basados en el ciclo de Carnot. Sin embargo, existen otras alternativas, por ejemplo, los refrigeradores de absorción que, hace varias décadas, se dejaron de utilizar arguyendo que el amoníaco (quizá el único refrigerante que se ensayó para el fin) era potencialmente tóxico. Actualmente, cuando los refrigerantes artificiales han demostrado su capacidad para destruir la capa de ozono e incrementar el efecto de invernadero, los refrigeradores de absorción regresan como una opción interesante que permitirá, adicionalmente, reducir el consumo de energía eléctrica Semana de Divulgación y Video Científico

2 a empresas que en sus procesos generen vapor residual. Existen en el mercado básicamente tres tipos de equipos de absorción: 1) De efecto simple, que utiliza agua caliente o vapor de baja presión. 2) De efecto doble, que generan simultáneamente confort por enfriamiento de aire y por calentamiento de agua. En esta ponencia analizamos la posibilidad de adaptar un refrigerador de efecto simple con colector de radiación solar para reducir la temperatura y, por ende, la carga térmica a remover de un espacio habitado por seres humanos que es acondicionado mediante un equipo convencional. La idea detrás de esta búsqueda es simple: Si se disminuye la carga térmica a remover, se reducirá el trabajo necesario para removerla. En otras palabras, en el espacio a acondicionar están instalados dos dispositivos enfriadores: 1) El refrigerador de absorción de efecto simple, cuya función es reducir la carga térmica sin alcanzar el nivel de confort y 2). El acondicionador de aire convencional que retirará el remanente de carga térmica. El ahorro de energía eléctrica resulta de que parte de la carga térmica es retirada del espacio aprovechando la radiación solar. Objetivos y metas El objetivo principal del trabajo reportado es estimar la reducción de temperatura que se puede conseguir utilizando un refrigerador de absorción que utiliza como fuente de calor, únicamente la radiación solar. Objetivo secundario fue identificar los problemas técnicos a resolver en caso de implementar un sistema como el que se simula. La meta es construir un prototipo que demuestre la factibilidad técnica de esta posibilidad. Materiales y métodos El refrigerador de ciclo de absorción utiliza una mezcla de amoníaco (refrigerante), agua (absorbedor), e hidrógeno (presurizador). El arreglo general se muestra en la figura: Semana de Divulgación y Video Científico

3 Puesto que no hay válvulas, todo el volumen confinado en el sistema está a la misma presión, digamos 10 atm. En dicho volumen coexisten tres ciclos: el ciclo del amoníaco, el del agua y el del hidrógeno. El gas en lo que sería el lado de alta presión de un refrigerador convencional es, una mezcla de hidrógeno y, en su mayoría, amoníaco. Así, el amoníaco está caliente y a alta presión, por lo que, al ceder calor al ambiente externo, se condensa. El amoníaco líquido pasa al evaporador, donde la presión se debe principalmente al hidrógeno ya que la presión del amoníaco gas se conserva baja por absorción en el agua. Entonces, el amoníaco líquido se evapora, enfriando el espacio a refrigerar. La solución amoníaco agua fluye al generador, donde recibe el calor de la fuente externa. Esto libera al amoniaco, mismo que por acción percoladora arrastra algo de agua hasta el separador vapor-líquido. Esta elevación provee la diferencia de presión suficiente para mantener el agua fluyendo. El amoníaco gas remplaza al hidrógeno de este lado y vuelve al condensador para reiniciar el ciclo. Por su parte, el agua se queda sin amoníaco y se enfría para absorber más amoníaco al regresar al absorbedor, manteniendo baja la presión parcial del amoníaco baja en el evaporador. Después el agua regresa al generador, cerrando así el ciclo del agua. Este movimiento lento del agua continúa para mantener baja la presión parcial de amoníaco en el evaporador y alta la presión parcial de amoníaco en el condensador. De esta manera se mantiene el efecto refrigerante. El ciclo del agua es la acción esencial del refrigerador. El hidrógeno principalmente llena el lado de baja presión y no tiene otra función más que conservar constante la presión total de la mezcla de gases. Para realizar la simulación se utilizó un modelo simple implementado en MathCAD y se supuso que el generador es en realidad un colector de radiación solar. Resultados En la siguiente tabla se muestran algunos resultados estimados. Los parámetros clave de la simulación son: la radiación solar incidente, I SOL, el calor utilizado para evaporar el amoníaco a la presión del sistema Q EVA, la concentración esperada en la solución dentro del colector, X, y la presión de saturación P SAT de la mezcla Semana de Divulgación y Video Científico

4 I SOL Q UTIL X P SAT W/m 2 kj kpa El comportamiento de la concentración respecto de la temperatura para varios valores de la presión se presenta en la gráfica siguiente: Discusión Los sistemas de absorción son una alternativa viable para aprovechar la energía solar y de esta manera ahorrar en consumo de energía eléctrica. Las industrias que utilizan vapor en sus procesos, pueden aprovechar el vapor residual como fuente de calor para el sistema de absorción. El considerar un sistema de absorción como fuente de refrigeración es una alternativa posible ya que existen en el mercado equipos comerciales de diferentes capacidades Semana de Divulgación y Video Científico

5 Conclusiones Las simulaciones confirman que la utilización de la radiación solar como fuente de calor para un sistema de refrigeración basado en el principio de absorción es factible. Al parecer, es posible obtener reducciones de temperatura de 5 a 10 grados en la temperatura del interior del espacio acondicionado. El diseño del refrigerador por absorción tiene varias ventajas: su costo de mantenimiento es bajo ya que no tiene partes móviles que se desgasten con el uso y no consume energía eléctrica. La principal desventaja del dispositivo es que el amoníaco disuelto en agua es corrosivo, además de volátil, por lo que el riesgo de fuga e intoxicación siempre estará presente en instalaciones que lo utilicen. Otro factor que hay que tener en cuenta es que si el colector diurno se utiliza como absorbedor nocturno, sería necesaria la implantación de un sistema de aislamiento removible, y por lo tanto móvil, para eliminar el calor durante la absorción. Reconocimientos Los trabajos aquí reportados se realizaron en el marco del proyecto: PFICA Desarrollo de Sistemas Mixtos de Refrigeración para disminuir el consumo de energía eléctrica en instalaciones residenciales, clave UJAT-2006-C Referencias bibliográficas H. Whitman, Tecnología de Refrigeración Y Aire Acondicionado, 1ª. Ed. (Tomo 2), Madrid, MARCOMBO, E, Hernández Goribar, Fundamentos de Aire Acondicionado Y Refrigeración, México, LIMUSA, 1996 ASHRAE, Refrigeration Systems and Applications, ASHRAE, 1986 Carrier, Manual De Aire Acondicionado-Carrier, Madrid, MARCOMBO, 1989 Kreider J.F., Kreith F. Solar heating and cooling, McGraw Hill, 1978 Althouse, Turnquist, Bracciano. Modern Refrigeration and Air Conditioning, Goodheart Willcox, 1979 Treyball R.E., Newton, A.J. Survey of solar powered refrigeration, ASME publications, 1973 Semana de Divulgación y Video Científico

Documentos relacionados

Sistemas de refrigeración: compresión y absorción

Sistemas de refrigeración: compresión y absorción La refrigeración es el proceso de producir frío, en realidad extraer calor. Para producir frío lo que se hace es transportar calor de un lugar a otro.