Resumen—Se comparan los resultados obtenidos con los esperados a partir del diseño y se analizan tanto el desempeño

de los componentes del sistema como su funcionamiento de manera integral. Se encuentra que la cantidad de metanol desorbida - adsorbida no es la esperada a pesar del correcto funcionamiento del equipo. El proyecto de investigación surge como una iniciativa para proponer el aprovechamiento de la energía solar en zonas de difícil acceso para la red eléctrica y con necesidades de un sistema de refrigeración.

E

A partir de allí se infiere la probable poca capacidad de adsorción del carbón utilizado. En el presente trabajo se describe una instalación teórica para la producción de frío utilizando un sistema de refrigeración por adsorción. Los ensayos del equipo indican que si bien es factible la producción de frío, su costo es un poco alto comparado con sistemas convencionales y la operación intermitente da lugar a problemas de diversa índole, por lo cual se requiere hacer más automática la operación.

En este proyecto también se ha diseñado y construido un sistema de refrigeración por adsorción solar usando metanol como adsorbato y carbón activado como adsorbente. El modelo consiste de un colector solar, donde se deposita el carbón activado en contacto con la energía solar directa, cuya presencia y ausencia permitirá el ciclo termodinámico del metanol, un condensador y un evaporador, donde se enfriará el agua a 4 °C. Las variables del proceso se monitorearon con sensores de temperatura y presión obteniéndose valores de rendimiento (COP) de 0.018 el cual es relativamente bajo comparado con el COP ideal de 0.13. El refrigerador solar demuestra los principios de la refrigeración alternativa y ecológica, adaptándose muy bien en la educación de energías renovables.

Índice de términos—Refrigeración, ciclos de absorción, energía solar, adsorción, metanol-carbón activado, energía renovable.

I. INTRODUCCIÓN

N muchas zonas de nuestro país no existe el tendido eléctrico ni acceso a otras fuentes de energía. En ese contexto el problema de refrigerar alimentos o medicamentos resulta de singular importancia. Por eso, la implementación de nuevas técnicas de refrigeración basadas en energías alternativas, busca aliviar los efectos de la ausencia de fuentes de energía convencionales. En la mayoría de los casos se utiliza para la refrigeración, el recurso solar, al respecto pueden verse: ( Leite A. P. et al. 2007; Oertel et al. 1997; ASHRAE, 1993; Dubinin, 1975; Polanyi, 1914; Grenier et al, 1988).

Los principales fenómenos que se aprovechan en refrigeración solar son: la absorción y la adsorción. En el primer caso se puede mencionar el ciclo de amoníaco-agua o bromuro de litio-agua, mientras que en el segundo grupo podemos citar la adsorción de agua en sílica-gel o de metanol en carbón activado.

El desarrollo de estos sistemas renovables es un gran beneficio frente a la contaminación ambiental debido a que se elimina del uso de clorofluorocarbonadas (CFC) perjudiciales para la capa de ozono. De igual forma existe un gran beneficio económico debido a que estos sistemas no requieren conexión a las redes eléctricas.

En este documento se dará a conocer una metodología para la identificación y priorización de proyectos estratégicos, donde participen la academia, el sector productivo y el estado, de tal forma, que se facilite la articulación de la investigación universitaria con su entorno socio – económico, con el fin de que la oferta investigativa genere proyectos de innovación y desarrollo tecnológico orientados a fortalecer la

GUZMÁN TELLO, Carlos AndréQUIBAJO CHOQUEHUAYTA, Carlos Alberto

TEJADA MESÍAS, Juan DiegoVARGAS ZUNI, Miguel Leopoldo

VILCA HUAMANI, Jean PaulZEBALLOS BENAVIDES, Alonso Mauricio

DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN REFRIGERADOR SOLAR POR ADSORCIÓN,

USANDO CARBÓN ACTIVADO

1

productividad y competitividad de las empresas de los sectores productivos estratégicos del país.

II. ANTECEDENTES Y OBJETIVOS

Existen referencias en países con desarrollo importante en el ámbito de la ciencia y energías renovables como son México, España, China. Estas investigaciones pueden variar en niveles considerables al trabajar en condiciones atmosféricas como las de Arequipa en diferentes ciudades con factores de incidencia de sol diferentes.

El presente estudio ha sido motivado por el deseo de explorar posibles aplicaciones de la energía solar para regiones apartadas de Perú.

• Evaluar las condiciones ambientales para poder realizar la refrigeración solar.

• Realizar el cálculo para la aplicación de refrigeración solar para un hogar.

• Obtener una eficiencia aceptable en comparación con otros tipos de refrigeración.

• Realizar el sistema de refrigeración solar para una maqueta.

III. VENTAJAS DE LA REFRIGERACIÓN POR ENERGÍA SOLAR

• Máxima producción de frío en época de alta demanda (verano).

• Es idónea para emplazamientos alejados de la red eléctrica.

• Utiliza energía renovable no contaminante.

IV. INCONVENIENTES

• Producción de frío intermitente (sólo en la fase nocturna).

• Eficiencia inferior que en la refrigeración convencional.

V. ÁMBITOS DE APLICACIÓN

• Conservación de productos, alimentos,…• Aplicaciones industriales en la producción de

elementos químicos, construcción,…• En la industria de la salud (mantener

medicamentos, sangre, embriones,…) Calidad de vida, haciendo posible disponer

de temperaturas agradables en las zonas calurosas, hoteles, escuelas, oficinas,…

Otras múltiples aplicaciones que hacen de la necesidad de refrigeración, un objetivo de nuestra sociedad.

Otro aspecto importante a considerar sobre el

enfriamiento son los niveles a trabajar.Considerando la temperatura ambiente como base se pueden considerar los siguientes niveles:

Enfriamiento: entre los 24ºC y los 14ºC. Se puede conseguir a través de algunos procesos naturales.

Refrigeración: entre los 14 a 0ºC, cuando comienza a producirse el cambio de estado del agua.

Subenfriamiento: operando en el rango de temperatura de 0ºC hasta -15ºC. En este rango se forma el hielo.

Congelación: en el rango entre los -15ºC y los -35ºC. Rango que se utiliza para la conservación de productos.

VI. SISTEMA DE REFRIGERACIÓN POR ABSORCIÓN

La energía solar se presta bastante bien para impulsar sistemas de refrigeración por absorción ya que en estos sistemas la cantidad de energía mecánica necesaria para mover el equipo es mínima y se requiere principalmente de una fuente de energía térmica para su funcionamiento. El concepto de diseño utilizado fue el de un refrigerador intermitente que hiciera innecesario el uso de bombas u otros dispositivos mecánicos y que de esta manera resultara apropiado para las condiciones en lugares apartados con buena insolación.

El ciclo de absorción clásico consta de los siguientes elementos:

2

A. Generador:

Es la parte del sistema en la cual una solución de amoniaco y agua recibe calor de una fuente de alta temperatura, con lo cual se evapora en primera instancia el amoniaco. El vapor producido se lleva al condensador.

B. Condensador:

En esta parte del sistema se elimina calor por intercambio entre el calor latente de licuefacción del amoniaco a alta presión y temperatura que viene del generador, con el aire exterior o con agua fría. El amoniaco licuado se deposita en el fondo del recipiente.

C. Válvula de Expansión:

Permite que baje la presión del líquido y produce una mezcla de líquido y vapor a baja temperatura y presión.

D. Evaporador:

En este dispositivo el amoniaco hierve absorbiendo calor de los alimentos almacenados en su interior.

E. Absorbedor:

Este dispositivo permite la mezcla del vapor de amoniaco proveniente del evaporador con la solución débil de amoniaco – agua (al porcentaje de agua) para hacer que la concentración aumente liberando calor de la solución. Este calor debe liberarse al medio ambiente.

F. Bomba:

Se usa para elevar la presión de la solución fuerte y llevarla nuevamente al generador.

VII. CÁLCULOS DE OPERACIÓN

A. Planificación de la Experimentación.

En la figura se muestra un esquema más desarrollado del ciclo de refrigeración por absorción.

El volumen del tanque de leche es de 1000 lt, el cual debemos haber circulado por el ICE en un tiempo de 70 min:

Q=Vt=1000< ¿

70 min× 1min

60 s=0.2381<¿ s ¿

m=ρ ×Q=1.032 kgm3 × 0.2381<¿ s×1 m3

En Majes tenemos una altura de 1500 m.s.n.m. aproximadamente:

P=Po e−ghRT

P=101,325 kPa .e

−9.81 ms2 .1500m

287 N .mkgm. K

.283 K=85,06 kPa

En el ICE podemos, hacer un balance de energía ignorando perdidas de calor al medio ambiente por convencionalismo tengamos como eficiencia del ICE el 98% luego verificamos estas pérdidas por conducción y convección:

ηinter=Q lecheQ H 20

=mleche . Celeche . ∆ T leche

mH 20 .CeH 20 . ∆T H20=0.98

3

0.0147 kgmin

.3.9 kJkg .C

. (36−7 )° C

mH 20 .4 .18 kJkg . C

. (5−1 ) °C=0.98

mH 20=0.1018 kgmin

En el banco de hielo podemos hacer un balance de energía usando una eficiencia del 98%:

ηBH= QlecheQ mezcla

=mH 2O .CeH2 O . ∆ T H 2 O

mmezcla .∆ hmezcla=

0,1018 kgmin

.4,18 kJkg . C

. (5−1 )° C

mmezcla . (53−25 ) kcalkg

.4 .18 kJkcal

=0.98

mmezcla=0.2597 kgmin

En el condensador se hallara el calor perdido:

Q c=mmezcla . ∆ hmezcla=0,2597 kgmin

(130−102)° C

Para hallar el flujo de agua de refrigeración en el condensador:

Q=mH 2O . CeH 2O . ∆ T H 2O

mH 2O (enfriamiento)=1.456 kgmin

En el absorbedor:mi−mc=0.2579

Q=mshs−mi hi+W

Q=mshs−mi hi

mi=1.4247 kgmin

mc=1.165 kgmin

En el generador:Q=mshs−mi hi+W

QA=mm h2−m3 h3−mb hb

QA=6.46 kW

B. Cálculo del colector solar

El Sol, como cualquier estrella, es un reactor de fusión en el que cada segundo se Generan 600 millones de toneladas de helio a través del ciclo proton-proton. Estos Procesos de fusión liberan una gran cantidad de potencia calorífica, la cual se evalúa en 3,86^10_a * H. A pesar de que la estructura solar es muy compleja, para el aprovechamiento de su energía se adopta un modelo simplifícatelo, donde se toma el Sol como a un cuerpo Negro que radia energía a una temperatura de 5.780 K, ya que su distribución espectral es muy parecida a la de dicho cuerpo negro.

C. Sistema Utilizado

Ya que se deseaba eliminar por una parte la bomba del ciclo clásico, así como hacer un uso más eficiente del generador de calor, se construyó un sistema de absorción intermitente en el cual se combinaron los siguientes elementos: Colector solar plano. Este elemento del

sistema fue diseñado para servir como generador de vapor durante las horas del día, ya que contiene una solución fuerte en las horas de la mañana, la cual se va haciendo débil durante el transcurso del día al irse evaporando el amoniaco. Durante la noche hace las veces de absorbedor al recibir el vapor de amoniaco a baja presión proveniente del evaporador del sistema. Ya que el área de transferencia de calor es relativamente grande se puede disipar el calor de solución, por convección natural al medio ambiente.

Condensador: Sirve para realizar la función ya descrita. Consiste de un tanque receptor rodeado por una camisa de agua. Funciona únicamente durante el día.

Válvula de expansión: Este dispositivo permite el paso del amoniaco hacia la

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cámara del evaporador. Evaporador: Funciona durante la noche, una

vez que la temperatura ( y la presión ) de la solución contenida en el colector ha bajado hasta un nivel aceptable ( cerca de 20°C y 200 kPa ). El líquido del condensador se vaporiza parcialmente en el tanque receptor y el resto de la evaporación tiene lugar en el serpentín de enfriamiento adjunto al tanque receptor. El evaporador está constituido por el conjunto tanque receptor-serpentín.

El refrigerador funciona de la siguiente manera: en la mañana se abre la válvula de paso (V1) y se cierra la válvula (V2). Una vez que la placa colectora comienza a recibir la radiación del sol, la solución contenida en el colector experimenta un periodo de elevación de temperatura hasta alcanzar su máximo valor entre las 11 a.m. y la 1 p.m. temperatura que se mantiene en este valor estable (70-80°C) en días despejados, hasta cerca de las 4 p.m., hora en que disminuye la radiación y comienza el proceso de enfriamiento del colector, como puede observarse en la figura.

Durante el día la solución caliente permite la evaporación del amoniaco el cual se va condensando a una temperatura aproximada de 26°C. Los volúmenes y la concentración se diseñaron para condensar unos 7 kilogramos de amoniaco durante días despejados.

En el prototipo existe una válvula de cheque después de la válvula (V1) con el fin de impedir que el amoniaco regrese al colector al bajar la temperatura en las primeras horas de la noche.

La operación nocturna se consigue al cerrar la

válvula (V1) y abrir la válvula de expansión (V2), con una temperatura del conjunto evaporador de aproximadamente –4°C. La nevera propiamente dicha está conformada por un recipiente rectangular de 86 litros (0.086 m3) sumergido en un baño de salmuera que se usa como refrigerante secundario. La salmuera rodea al tanque receptor y al serpentín evaporador y todo este conjunto está contenido en una caja aislada térmicamente del medio ambiente por medio de placas de poliuretano expandido.

El vapor de amoniaco a baja presión pasa a través de la válvula de cheque colocada en la parte inferior (V3) y se disuelve en la solución débil contenida en el colector.

VIII. SISTEMA DE REFRIGERACIÓN POR ADSORCIÓN

El refrigerador solar que hemos diseñado en físico aprovecha el fenómeno de la adsorción. Consiste en la fijación de moléculas de un fluido (metanol) a la superficie de un sólido poroso (carbón activado). La aplicación de la adsorción a la refrigeración se basa en el hecho de que en presencia de una fuente de calor las moléculas de metanol abandonan la superficie del carbón activado, y tienden a regresar a ella cuando la temperatura desciende.

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En nuestro caso optamos por la utilización del par refrigerante metanol-carbón activado. La heladera solar propuesta consiste en un colector solar donde se aloja una masa de carbón activado que eleva su temperatura durante las horas de insolación. Al calentarse, el carbón activado desorbe una cierta cantidad de metanol que se encuentra adsorbido en él, la que pasa en estado gaseoso a un condensador en el que se convierte al estado líquido, liberando el calor latente de condensación hacia el medio ambiente. A su vez, el metanol en estado líquido pasa por gravedad a un recipiente que lo contiene (evaporador) hasta que se completa el ciclo de desorción. Cuando el carbón activado baja su temperatura (durante las horas sin luz solar) comienza a adsorber los vapores de metanol presentes en el sistema, disminuyendo la presión de éstos y provocando la evaporación del metanol líquido que se encuentra en el evaporador. El calor latente de evaporación del metanol es el responsable de la extracción de calor de la cámara fría.

Las ventajas más importantes de nuestra elección son: la adsorción se realiza con facilidad debido al tamaño de las moléculas de metanol en relación con el tamaño de los microporos del carbón, su elevada entalpía de vaporización y su relativamente bajo poder contaminante. Si bien el metanol es tóxico, las cantidades en juego no son tan grandes. A esto hay que sumarle que ante una eventual pérdida, penetraría aire al sistema y no saldría metanol debido a que la presión de trabajo siempre es menor que la atmosférica.

IX. MATERIALES Y METODOLOGÍA

El refrigerador solar consiste de un colector solar, un condensador y un evaporador acoplados por medio de una estructura y conectados en serie por medio de un tubo de acero inoxidable de un cuarto de pulgada, según se observa en la Figura.

A. Colector solar

El colector solar tiene las dimensiones 0.9 m * 0.4 m * 0.13 m con placas en acero inoxidable. Internamente el colector contiene el carbón, permitiendo el acceso del metanol en fase gaseosa para la adsorción.

B. Condensador

El condensador fue fabricado con tubería de cobre calibre 18, 1.5 pulgadas de diámetro y 0.6 m2 de área de intercambio de calor. La estructura que compone el condensador está inmersa en un

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recipiente donde intercambia calor con el agua.

C. Evaporador

El evaporador fabricado de cobre calibre 18, 1.5 pulgadas de diámetro y 0.5 m2 de área de intercambio de calor, se encuentra ubicado en la parte inferior del sistema.

Para determinar las dimensiones de los intercambiadores, colector-condensador-evaporador, cantidad de masa de metanol y carbón activado se utilizaron las siguientes condiciones de diseño:

5 Kg de agua líquida a 26 °C que se convertirán en hielo a 0 °C.

El flujo de vapor del metanol se asume laminar.

El coeficiente de transferencia de calor entre los tubos del condensador y el agua se asume 350 w/(m2 K) .

El coeficiente de transferencia de calor entre los tubos del evaporador y el medio se asume 100 w/(m2 K) .

Para el cálculo de la masa de metanol empleada en la obtención de 5 Kg de hielo se procede de la siguiente forma:

QT = Qc.agua + Qs.agua (1)

Qc.agua = Cp.agua * Magua * ΔT (2)

Qc.agua = (4.18 kJ/kg*K) * (5 kg) * (26 K) = 543.40 kJ

Qs.agua = Lf.agua * Magua (3)

Qs.agua = (333.15 kJ/kg) * (5 kg) = 1665.75 kJ

QT = 543.40 kJ + 1665.75 kJ = 2209.15 kJ

Tomando el calor de evaporación del metanol como 1180 kJ/kg, se obtendrá:

QT = Le.met * Mmet (4)

Mmet = (2209.15 kJ) / (1180 kJ/kg) = 1.87 kg

Tomando un factor de eficiencia de 0.8 se tendrá una masa de 2.34 kg y sabiendo que su densidad está alrededor de 0.79 kg/L se requerirá un volumen de 3 L.

D. Para el condensador se mantendrían los siguientes argumentos:

Considerando un tiempo de condensación de 3 horas, y sabiendo que el calor latente de condensación del metanol es de 1160 kJ/kg, se tiene:

Qc = (1160 kJ/kg * 1.87 kg)/(3 * 3600 s) = 200.85 w

Qc = h * Asc * ΔT (5)

Asc = (200.85 w)/[(350 w/m2*K)*(1ºK)

Asc = 0.57 m^2

Se tomaría un área de transferencia de 0.6 m2. De esta forma se tendrán 9 tubos de 55 cm y un diámetro mencionado de 1 ½ pulgadas. El condensador se inclinará alrededor de 20º para garantizar el flujo del metanol luego de condensarse ya que éste caerá por gravedad.

Para el evaporador se estimó un tiempo de evaporación de 4 horas [8]; y considerando un calor latente de evaporación de 1180 kJ/kg , se tendrá:

Qe = (1180 kJ/kg * 1.87 kg)/(4 * 3600 s)

Qe = 153.24 w

Qe = h * Ase * ΔT (6)

As = (153.24 w)/[(100 w/m2*K)*(3ºK)

As = 0.51 m2

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Se obtiene un área de evaporación de 0.51 m2. De esta forma se organizarán 9 tubos de 45 cm de longitud y un diámetro de 1 ½ pulgadas para intercambiar calor.

Teniendo la masa del metanol se podrá suponer la cantidad de carbón activado que se requiere en el sistema mediante la ecuación de Dubinin Raduskevich, que consiste en:

x=0,316 e−1,12 ×10−6 (TLn(Ps

P ))2

(7)Donde x representa la masa de metanol por

unidad de masa de carbón activado, T la temperatura del carbón activado en grados Kelvin, P la presión de vapor de metanol en el sistema, y Ps la presión de saturación del metanol a la temperatura del carbón activado.

Tomando como referencia la presión de saturación del metanol en función de la temperatura con la siguiente ecuación:Log10 PmmHg = 7.87863 – [(1473.11)/(230+T)] (8)

Al suponer una temperatura de 80ºC en el carbón activado, se tiene una presión de saturación de 1338.63 mmHg; tomando una presión de 21 mmHg para -5ºC se obtendrá un valor de X = 0.28 lo que indicará que por cada kilogramo de carbón activado se tendrá 0.28 kilogramos de metanol. Sabiendo que se optó por usar 3 litros de metanol (2.34 kg) se calcularán 8.36 kg de carbón activado. Como la incertidumbre del carbón activado que se empleó es significativa, ya que la técnica de activación es incipiente, se aplicarán 15 kg de carbón activado. Éstos Irán organizados equitativamente en 8 tubos de acero inoxidable, 8.91 mm de diámetro nominal y una longitud de 1.57 metros; enmallados de tal forma que el metanol tenga una buena área de flujo. Los tubos del colector estarán pintados de negro para una mejor captación de la radiación. El colector solar dispone de un vidrio templado [9] de 1,62*0.86 m2 para retener calor de la radiación, lo que daría un área de radiación incidente de 1.39 m2. En la Figura 7 se puede observar el refrigerador solar finalmente ensamblado con todos los componentes.

E. Refrigerador solar, ensamblado con todos los componentes

X. RESULTADOS Y DISCUSIONES

Se diseñó y construyó un refrigerador solar por adsorción usando carbón y metanol.

El metanol es inyectado en el evaporador el cuál se encuentra aislado con poliuretano. Posteriormente se introduce el carbón en el colector solar y se genera un vacío en el sistema. Paralelamente se registra la radiación solar con un piranómetro, obteniéndose un valor promedio de 777.8 w/m2.

La temperatura más baja que se mantuvo estable por un tiempo considerable se mantiene entre 8 y 10 grados, de tal forma para el cálculo del COP se estima una reducción de temperatura desde 23ºC a 8ºC. Teniendo una cantidad de 5 litros de agua en el evaporador, se procede:

Qc.agua = (4.18 kJ/kg*K) * (5 kg) * (15 K) = 313.50 kJ

Qc.agua es la energía retirada al agua para alcanzar la temperatura mínima.

COP = (Qc.agua)/ (radiación solar durante tiempo de insolación).

La energía solar (Qin) recibida corresponde al área donde incide. Tomando como horizontal el plano inclinado en el colector solar para facilitar cálculos, el Qin obtenido se calcula:

Qin = Hprom * A incidencia (9)

El Hprom (3577 Wh/m2) convertido a Julios será de 12.88 MJ/m2, tomando el respectivo

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tiempo de insolación como 5 horas. Además, como se cuenta con un vidrio templado de dimensiones 1.65* 0.82 mts, el área de insolación será de 1.36 m2. Por lo tanto el Qin será:

Qin = (12.88 MJ/m2) * (1.36 m2)

Qin = 17.52 MJLuego para el cálculo del COP se encontrará:

COP = (313.50 kJ)/(17.52 MJ)

COP = 0.018Dado que no se alcanzó a producir hielo en la

cantidad deseada, el coeficiente de rendimiento solar calculado es muy bajo. Si se compara con el alcance deseado en el diseño que es la producción de hielo, se tomaría la energía producida teórica (2209.15 kJ) y se relaciona con la medida de insolación. El alcance ideal sería.

COPideal = (2209.15 kJ) / (17.52 MJ)

COPideal = 0.13Ante las mismas condiciones se demuestra que

el ciclo presentó una

η = (COP/COPideal) * 100 (10)

η = 14%Al presentarse esta eficiencia se deben

observar varios aspectos. Uno de ellos, el más importante y el que genera mayor incertidumbre, es el carbón activado que no se presenta como un factor exacto ya que su elaboración a nivel regional es incipiente, las empresas no cuentan con laboratorios que entreguen mayor información sobre dichos minerales como su alta capacidad adsortiva a temperatura ambiente y presión baja tanto como su baja capacidad adsortiva a temperaturas altas. También hay que considerar que el ambiente en Bucaramanga es muy variable, las fechas de análisis presentaron precipitaciones paliativas, durante el día, para el ciclo del sistema y la temperatura de regeneración no fue alta (en promedio 61.17ºC).

Otros modelos presentaron coeficientes de rendimiento entre 0.06 y 0.15, que superan en amplio rango los resultados obtenidos en el ciclo analizado. Aquello se debe al logro de conseguir reducir la temperatura por debajo de 0ºC y la solidificación del agua.

Se evaluó el comportamiento de ambos equipos a partir de mediciones de temperaturas en sus distintos componentes y la energía

recibida mediante los valores de irradiancia. Para la adquisición de datos en la UNGS se utilizaron sensores DS1624 con salida digital. El software de control fue diseñado por el equipo de investigación. En el caso del equipo dominicano, las temperaturas fueron determinadas con adquisidores portátiles comerciales. En ambos casos la irradiancia fue determinada con solarímetros de diseño y construcción propios que se vienen desarrollando desde el 2008 (Echarri et al, 2009; Sartarelli et al, 2010). Se realizaron mediciones desde noviembre de 2010 hasta marzo de 2011 con intervalos entre mediciones de 2 y 5 minutos. A continuación se presentan gráficas de seguimiento de los prototipos, en donde se muestran las temperaturas de colector, ambiente, cámara fría y evaporador.

Como se puede observar en los gráficos de las figuras 3 y 4, los ciclos se repiten en forma periódica, lo que indica el funcionamiento del sistema en forma continua, aunque sólo se lograron las temperaturas esperadas durante algunas jornadas. Este comportamiento no era el esperado ya que, por ejemplo, en los cuatro días de ese periodo analizado en la UNGS se presentaron condiciones de radiación solar muy favorables.

Un indicador útil (más allá de la cantidad de hielo o masa de agua que se pueda enfriar) para el análisis del rendimiento del equipo, es la cantidad de metanol que se acumula en el evaporador durante la etapa de regeneración. Esta cantidad determinará la capacidad de refrigeración del equipo para ese día, claro está, si se tienen en cuenta también las pérdidas de calor del sistema, fundamentalmente en la cámara fría. Una de las variables a relevantes durante el proceso de desorción, es la cantidad de energía recibida por el equipo y las consecuentes temperaturas del colector.

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XI. CONCLUSIONES

• Los ensayos realizados en este equipo experimental permiten adelantar algunas conclusiones acerca de la conveniencia de sistemas de absorción para la producción de frío mediante la energía solar.

• Los niveles de frío obtenidos fueron modestos y el equipo tenía una capacidad en general menor a la del diseño debido a la variabilidad del recurso solar en el sitio en donde se realizaron las pruebas.

• En general se podía obtener temperaturas no menores a los –5°C aún en los días de mejor insolación.

• El diseño intermitente tiene múltiples ventajas tales como la ausencia de bombas y otros equipos que deben operar con energía eléctrica. Sin embargo, la operación es complicada y requiere de dedicación de una persona con un cierto grado de experiencia y preparación, lo cual limita mucho su aplicación.

• Se ha ensayado la modalidad de emplear el equipo con el evaporador inundado con éxito relativo, aunque en principio esto simplificaría notablemente la operación y al mismo tiempo permitiría aprovechar mejor el área de transferencia de calor del serpentín.

• Dados los niveles de presión que se obtienen, esto complica el diseño y el problema de las fugas. El desarrollo del prototipo se ha visto afectado por las fugas de la solución en estado gaseoso principalmente a partir de las 11 hr, hasta las 16 hr intervalo de tiempo en que la presión es máxima.

• Otro factor que hay que tener en cuenta es que el colector se usaba como absorbedor durante la noche lo cual ha requerido implementar un sistema de aislamiento variable, es decir una cubierta desmontable, así como placas aislantes removibles para permitir eliminar

el calor de la absorción.• El equipo de absorción intermitente se puede

mejorar notablemente si se puede reducir su tamaño colocando el gabinete refrigerado debajo del colector. De esta forma se reduce la longitud de las tuberías y al mismo tiempo se obtiene una zona sombreada que reduce las pérdidas de calor. De la misma forma se ha visto necesario que todas la uniones sean soldadas ya que esto garantiza su hermetismo.

• Se construyó un sistema de refrigeración solar constituido por un colector solar, un condensador y un evaporador fabricados en cobre. Debido a la radiación y la acción del carbón el sistema permite un ciclo de refrigeración intermitente estableciéndose el enfriamiento en horas nocturnas.

• De los resultados del experimento se obtuvo una temperatura mínima en el agua del evaporador de 8 °C, con lo cual se determinó el COP del sistema de 0.018 con una eficiencia de 14%.

• A partir de la evaluación de los dos prototipos, se puede concluir que su rendimiento no es el esperado. La principal causa de ese comportamiento parece encontrarse en la escasa capacidad de adsorción del carbón utilizado. Se arriba a esta conclusión luego de evaluar el desempeño de cada uno de los componentes del sistema y no encontrar ninguna dificultad en su funcionamiento.

• Por otro lado se encontró una metodología que permite conocer con precisión la tasa de evaporación de metanol como función del tiempo. A partir de esto se comprueba que se deben realizar mejoras en la aislación de la cámara fría.

• Finalmente, se están revisando las condiciones de estanquidad de ambos sistemas para continuar con los ensayos.

XII. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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[2] http://www.iesmurgi.org/fyq/alternativa/pdf/energia_solar.pdf

[3] http://www.ikkaro.com/files/RefrigeraSolarBELTRAN.pdf

[4] http://www.cerroesperanza.com/temas/ecologia-y-sustentabilidad-en-valparaiso/USM/refrigerador_solar_GEA_v1.pdf

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[5] Pons M, Guilleminot, JJ. Design of an experimental solarpowered, solid-adsorption ice maker. ASME 1986.

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[12] An overview of the principles and theory. Energy Conversion and Management 45, 2004.

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