Prototipo refrigerador solar

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Diseño de un prototipo de refrigerador solar por adsorción, empleando carbón activado/metanol
Por Ing. Esp. Mariela Sánchez Díaz* y Dr. Juan José González Bayón**

* Universidad Nacional Experimental Francisco de Miranda,
Santa Ana de Coro, Falcón, Venezuela.
** Instituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría (CUJAE),
La Habana, Cuba.e-mail: jjgbayon@ceter.cujae.edu.cu ResumenEl prototipo diseñado tiene tres principales componentes: el colector solar-generador-adsorbedor, el condensador y el evaporador. Las dimensiones del prototipo se establecieron en función de producir 3 kg de hielo, considerando la temperatura ambiente de 30 ºC, la temperatura máxima de generación de 90 ºC, la presión de condensación y evaporación en 22 kPa y 8,55 kPa, respectivamente, y larelación de equilibrio propuesta por -Astakhov. Como resultado se obtuvo un equipo compacto con un área de colector solar de 0,374 m2, dentro de la cual se deben introducir 5 tubos de acero inoxidable, de 76 mm de diámetro externo, realizando la sección anular mediante una malla, con un diámetro externo de 30 mm, y la cantidad de carbón activado deberá ser de 7,5 kg, el cual irá distribuido a razón de 1,5kg por el tubo. Por otro lado, la cantidad de metanol será de 2,25 kg, el área del condensador de 0,214 m2 y del evaporador de 0,24 m2, y la cámara de enfriamiento tendrá un volumen de 60 L. Para las conexiones se empleará una tubería de acero inoxidable de 30 mm de diámetro externo, 5 válvulas de paso rápido, una válvula de presión y cinco termocuplas tipo K.

Palabras clave: Refrigeradorsolar, adsorción y carbón activado/metanol.

IntroducciónEl uso pasivo de la energía solar implica capturar la energía proveniente del Sol a través de un colector solar, el cual tendrá una estructura y área según sea el uso que se le vaya a dar. Como consideraciones generales, se establece el ángulo de inclinación (β), la transmitancia de la cubierta transparente (τ), la absorbancia (α), laradiación solar, la orientación (en este caso hacia el Sur, debido a las coordenadas geográficas) y el azimut del colector (γ). En cuanto a su aplicación, existen suficientes fundamentos científicos sobre el calentamiento de agua (sistemas sanitarios), el calentamiento de aire (secado) y en menor grado para la producción de frío, en los que el colector no sólo debe captar la radiación durante el día, sinoque debe liberar, a partir de un momento determinado, el calor absorbido, para así asegurar la producción de frío en la cámara del refrigerador. El coeficiente de desempeño (COP, Coefficient of Performance) del refrigerador va a depender de la eficiencia del colector.

Existe una gran diversidad de métodos de producción de frío, los cuales en su mayoría están basados en la extracción de calor deun cuerpo o un espacio por intermedio de la absorción de aquél por un fluido (refrigerante), el cual a su vez, y de manera espontánea, cambia su estado de agregación, mediante evaporación, fusión, sublimación, etc., cuyas transiciones se desarrollan a bajas temperaturas [Pilatowsky y Best, 2002].

En este trabajo, el método empleado es el de vaporización a través de un sistema de sorción,basado en la adsorción, que consiste en el uso de un par adsorbente/adsorbato, que debe cumplir con ciertas características en de pendencia del punto hasta el que se desea enfriar.
La zeolita/agua es el mejor par empleado para climatizar, mientras que el par carbón activado/metanol y carbón activado/amoníaco son mejores para la producción de hielo [Anyanwu, 2005].

El par carbón activado/metanol esel seleccionado para este trabajo, ya que el refrigerante (metanol) presenta ventajas debido a: evapora a temperaturas muy por debajo de 0 ºC, su entalpía de vaporización es significativa (1 200 kJ/kg, para –5 ºC), no es tóxico, es de bajo costo y existe disponibilidad. Además, se consiguen COP más elevados que para los otros pares de adsorbentes/adsorbatos. Ello puede verificarse en la...
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