programa transdisciplinario en investigación y desarrollo en facultades y escuelas macroproyecto la...

Programa Transdisciplinario en Investigación y Desarrollo en Facultades y Escuelas

Macroproyecto La Ciudad Universitaria y la Energía

Universidad Nacional Autónoma de México

Línea de investigación: Energía Solar

Jefe del Proyecto: Dr. Gerardo Ruiz Chavarría

Diseño y construcción de un sistema de refrigeración solar por absorción

Dependencia participante: Facultad de Ciencias

Participantes.

Macroproyecto La Ciudad Universitaria y la Energía.

• Dr. Gerardo Ruiz Chavarría (Laboratorio de Fluidos).

• Fís. Jorge Pérez López (Laboratorio de Calor, Ondas y Fluidos)

• Fís. Magdalena Vera López (Laboratorio de Calor, Ondas y Fluidos)

• M. en C. Luis Manuel León Rossano (Laboratorio de Física Moderna)

• M. en C. Sergio Hernández Zapata• (Taller de Fluidos)• Dr. Eduardo A. Rincón Mejía (UACM)• Pamela Villamil Sapien (estudiante)• Roberto Pérez Martínez (estudiante)


Metas.


• Desarrollo de un prototipo de alta eficiencia de un refrigerador de absorción.

• Formación de personal académico en el área de energía solar.

• Realización de tesis sobre refrigeración solar.

• Presentación de resultados en congresos y publicación en revistas del área

• Eventualmente, desarrollo de patentes.


Objetivos.


• Diseño y puesta en funcionamiento de un refrigerador solar de alto rendimiento con base en ciclos de absorción de amoniaco .

• Construcción de un concentrador solar para alcanzar temperaturas en el intervalo 140-160 C.

• . Realización de cálculos numéricos para diseño y mejoras del refrigerador

• Determinación experimental de parámetros físicos, entre ellos el coeficiente de eficiencia (COP), la presión y la temperatura.


Estado actual del proyecto.


ACTIVIDADES REALIZADAS:• Búsqueda bibliográfica• Obtención de curvas de radiación

solar en la Ciudad de México. Datos tomados en Ciudad Universitaria

• Evaluación de tipos de concentradores solares que se basan en la óptica de no enfoque

• Calculo de propiedades termodinámicas del amoniaco y de mezclas amoniaco-agua.

• Calculo del ciclo termodinámico• Determinación de características de

las componentes del prototipo• Programación de aparatos de

medida. .• Construcción de componentes



t

RADIACION SOLAR EN EL D.F.

• a) Curva de radiación solar (watts/m2) para un día soleado en la Ciudad de México. Datos tomados en el Taller de Meteorología de la Facultad de Ciencias, abril de 2005

• B) Curva de radiación solar (watts/m2) para un día nublado en la Ciudad de México. Datos tomados en el Taller de Meteorología de la Facultad de Ciencias, abril de 2005




CONCENTRADORES SOLARES

• Uso de espejos basados en la optica de no enfoque. No se necesita cambiar la orientación del espejo durante varias semanas.

• Se usa un espejo parabólico y se determina el perfil del absorbedor de radiación.

• Reducción del área del espejo para una concentración y ángulo de aceptación dados

• Para reducir perdidas por conveccíón el concentrador de radiación se coloca dentro de un tubo de vidrio.



CONCENTRADORES SOLARES

• Se elige un concentrador de radiación de sección circular y se determina la forma del espejo.

• El espejo se compone de una involuta y otra figura geométrica

• La orientación de los espejos es este-oeste.

• El material de fabricación de los espejos es aluminio superpulido.

• El coeficiente de reflectancia es 85 Min, mientras que el grosor de la lamina es de 0.4 mm.



CALCULO DE PROPIEDADES TERMODINAMICAS DE AMONIACO Y DE MEZCLAS AMONIACO-AGUA

• Temperaturas de saturación• Concentraciones de amoniaco en

fases líquida y gaseosa• Entalpía• Temperatura y presión críticas• Conductividad térmica• Viscosidad• Difusividad de vapor de amoniaco en

la solución acuosa• Volumen específico• Tensión superficial



ENTALPIA EN ESTADO DE SATURACION

• Calculo basado en documento “Thermophysical Properties of {NH3+H2O} Solutions for the Industrial design of Absorption Refrigeration Equipment”

• Formulas de entalpia evaluadas con software Scilab

• Uso de regla de fases de Gibbs.



CICLO TERMODINAMICO

Componentes del refrigerador• Evaporador• Absorbedor• Generador• Concentrador solar• Condensador• Valvula de expansión• Columna de rectificación



CICLO TERMODINAMICO

Refrigerador de ciclo intermitenteTemperatura de evaporación: -15 CVolumenes específicos de amoniaco:Líquido: 1.518 dm3/kgGas: 507.899 dm3/kgVariación de entalpía específica: h=1052.98 kJ/kgTemperatura del condensador: 40 CVolumenes específicos de amoniaco:Gas: 83.449 dm3/kgLíquido: 1.726 dm3/kgVariación en entalpía específica:h=-1099.26 kJ/kgTemperatura del generador: 150 C



CICLO TERMODINAMICO

Masa de amoniaco evaporada durante 1 ciclo: 7 kg.

Concentración de 60% en la solución rica en amoniaco

Concentraciones de amoniaco en las fases líquida y gaseosa a 150 grados:18% y 71% respectivamente

Masas totales en el sistema: Agua ----------- 5.0 kg Amoniaco ------ 7.5 kg



INTERCAMBIOS DE CALOR DURANTE EL PROCESO

A) En el generador:

19,300 kJ

B) En el condensador:

7,700 kJ

C) En el evaporador

7,400 kJ



VOLUMENES DE LAS SUSTANCIAS EN EL PROCESO

A) Mezcla de amoniaco-agua al 60%

15.5 litros

B) Amoniaco líquido en el evaporador

12.8 litros

C) Volumen de 7 kg de amoniaco a -15 grados y p=15 atm

3,550 litros

Actividades futuras.


• Construcción de la primera versión del refrigerador.

• Puesta en operación del prototipo• Muestreo de variables

termodinámicas• Simulación matemática de procesos• Investigación de ciclos con más de

dos componentes (mezclas de amoniaco, agua e hidrógeno y de mezclas amoniaco, agua, butano)

• Propuesta de una versión mejorada• Desarrollo de tesis• Presentación de resultados en

congresos, conferencias, etc.

Nombre del Proyecto.

Referencias.


Nombre del Proyecto.

1 .- In s titu to In te rn a c io n a l d e l F rio . E l a m o n ia c o c o m o re fri g e ra n te . A M V E d ic io n e s y M u n d i P re n sa . P rim e ra e d ic ió n . M a d rid , 2 0 0 0 . 1 6 9 p p . 2 .- R in c ó n , E .A . y F .A . O so rio . A n e w tro u g h lik e n o n im a g in g so la r c o n c e n tra d o r. J o u rn a l o f S o la r E n e rg y E n g in e e rin g . A S M E . 1 2 4 (2 0 0 0 ) 5 1 -5 4 . 3 .- B e ltra n , R .G . R e fri g e ra d o r so la r -c ic lo d e a b so rc ió n in te rm ite n te . C Y T E D . 8 p p . h ttp ://w w w .u c m .e s /in fo /g e r/in d e x 1 .h tm . G a ia , R .E ., H . B e sso n e y A . C o rte s . E n e rg ía so la r p a ra re fri g e ra c ió n d o m é stic a . A V E R M A 3 , 1 9 9 9 . 4 p p . 4 .- P a rk , Y .M , y S o n n ta g R .E ., T h e rm o d y n a m ic P ro p e rtie s o f A m m o n ia - W a te r m ix tu re s : a g e n e ra liz a d e q u a tio n o f s ta te a p p ro a c h . A S H R A E tra n s , 9 6 (1 9 9 0 ) 1 5 0 -1 5 9 . 5 .- M C o n d e E n g in e e rin g . T h e rm o p h y s ic a l p ro p e rt ie s o f { N H 3 + H 2 O } so lu tio n s fo r th e in d u s tria l d e s ig n o f a b so rp tio n re fri g e ra tio n e q u ip m e n t, fo rm u la tio n fo r in d u s tria l u se . M C o n d e E n g in e e rin g , Z u ri c h , 2 0 0 4 . 3 4 p p . 6 .- T e rra , A m m o n ia & A m m o n ia S o lu tio n , s to ra g e a n d h a n d lin g .T e rra In d u s trie s , 2 8 p p . 7 .- D e la n o A . D e s i g n A n a l y s is o f th e E in s te in R e frig e ra tio n C y c le . P h D T h e s is . G e o rg i In s titu te o f T e c h n o lo g y , 1 9 9 8

programa transdisciplinario en investigación y desarrollo en facultades y escuelas macroproyecto la...

Documents