Universidad Nacional Autónoma de México Programa Transdisciplinario en Investigación y Desarrollo en Facultades y Escuelas Macroproyecto La Ciudad Universitaria y la Energía

Diseño y construcción de un sistema de refrigeración solar por absorción Línea de investigación: Energía Solar Jefe del Proyecto: Dr. Gerardo Ruiz Chavarría Dependencia participante: Facultad de Ciencias

Macroproyecto La Ciudad Universitaria y la Energía. Diseño y construcción de un sistema de refrigeración solar por absorción Participantes. 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) Macroproyecto La Ciudad Universitaria y la Energía.

Macroproyecto La Ciudad Universitaria y la Energía. Diseño y construcción de un sistema de refrigeración solar por absorción 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. Macroproyecto La Ciudad Universitaria y la Energía.

Macroproyecto La Ciudad Universitaria y la Energía. Diseño y construcción de un sistema de refrigeración solar por absorción 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. Macroproyecto La Ciudad Universitaria y la Energía.

Estado actual del proyecto. Diseño y construcción de un sistema de refrigeración solar por absorción 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 Macroproyecto La Ciudad Universitaria y la Energía.

Estado actual del proyecto. Diseño y construcción de un sistema de refrigeración solar por absorción Estado actual del proyecto. 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

Estado actual del proyecto. Diseño y construcción de un sistema de refrigeración solar por absorción Estado actual del proyecto. 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.

Estado actual del proyecto. Diseño y construcción de un sistema de refrigeración solar por absorción Estado actual del proyecto. 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.

Estado actual del proyecto. Diseño y construcción de un sistema de refrigeración solar por absorción Estado actual del proyecto. 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

Estado actual del proyecto. Diseño y construcción de un sistema de refrigeración solar por absorción Estado actual del proyecto. 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.

Estado actual del proyecto. Diseño y construcción de un sistema de refrigeración solar por absorción Estado actual del proyecto. CICLO TERMODINAMICO Componentes del refrigerador Evaporador Absorbedor Generador Concentrador solar Condensador Valvula de expansión Columna de rectificación

Estado actual del proyecto. Diseño y construcción de un sistema de refrigeración solar por absorción Estado actual del proyecto. CICLO TERMODINAMICO Refrigerador de ciclo intermitente Temperatura de evaporación: -15 C Volumenes específicos de amoniaco: Líquido: 1.518 dm3/kg Gas: 507.899 dm3/kg Variación de entalpía específica: h=1052.98 kJ/kg Temperatura del condensador: 40 C Gas: 83.449 dm3/kg Líquido: 1.726 dm3/kg Variación en entalpía específica: h=-1099.26 kJ/kg Temperatura del generador: 150 C

Estado actual del proyecto. Diseño y construcción de un sistema de refrigeración solar por absorción Estado actual del proyecto. 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

Estado actual del proyecto. Diseño y construcción de un sistema de refrigeración solar por absorción Estado actual del proyecto. 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

Estado actual del proyecto. Diseño y construcción de un sistema de refrigeración solar por absorción Estado actual del proyecto. 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

Macroproyecto La Ciudad Universitaria y la Energía. Nombre del Proyecto. 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. Macroproyecto La Ciudad Universitaria y la Energía.

Macroproyecto La Ciudad Universitaria y la Energía. Nombre del Proyecto. Referencias. Macroproyecto La Ciudad Universitaria y la Energía.