-
7/23/2019 Prototipo a Pequena Escala de Una Nevera Solar
Primeros Resultados
1/10
Disponible en:
http://www.redalyc.org/articulo.oa?id=87011539007
Red de Revistas Cientficas de Amrica Latina, el Caribe, Espaa y
Portugal
Sistema de Informacin Cientfica
Inna Samson, Rodolfo Echarri, Claudio El HasiPROTOTIPO A PEQUEA
ESCALA DE UNA NEVERA SOLAR: PRIMEROS RESULTADOS
Ciencia y Sociedad, vol. XXXIII, nm. 2, abril-junio, 2008, pp.
237-245,
Instituto Tecnolgico de Santo Domingo
Repblica Dominicana
Cmo citar? Fascculo completo Ms informacin del artculo Pgina de
la revista
Ciencia y Sociedad,
ISSN (Versin impresa): 0378-7680
[email protected]
Instituto Tecnolgico de Santo Domingo
Repblica Dominicana
www.redalyc.orgProyecto acadmico sin fines de lucro,
desarrollado bajo la iniciativa de acceso abierto
http://www.redalyc.org/articulo.oa?id=87011539007http://www.redalyc.org/comocitar.oa?id=87011539007http://www.redalyc.org/fasciculo.oa?id=870&numero=11539http://www.redalyc.org/articulo.oa?id=87011539007http://www.redalyc.org/revista.oa?id=870http://www.redalyc.org/revista.oa?id=870http://www.redalyc.org/revista.oa?id=870http://www.redalyc.org/revista.oa?id=870http://www.redalyc.org/http://www.redalyc.org/revista.oa?id=870http://www.redalyc.org/revista.oa?id=870http://www.redalyc.org/articulo.oa?id=87011539007http://www.redalyc.org/revista.oa?id=870http://www.redalyc.org/articulo.oa?id=87011539007http://www.redalyc.org/fasciculo.oa?id=870&numero=11539http://www.redalyc.org/comocitar.oa?id=87011539007http://www.redalyc.org/
-
7/23/2019 Prototipo a Pequena Escala de Una Nevera Solar
Primeros Resultados
2/10
237
PROTOTIPO A PEQUEA ESCALA DE UNA NEVERA SOLAR:PRIMEROS
RESULTADOS
(Prototype in a small scale of a solar refrigerador: first
results)
CIENCIA Y SOCIEDADVolumen XXXIII, Nmero 2Abril-Junio 2008
Inna Samson*
Rodolfo Echarri**
Claudio El Hasi***
* rea de Ciencias Bsicas, Instituto Tecnolgico Santo Domingo,
Republica DominicanaEmail: [email protected]
** Instituto del Desarrollo Humano, Universidad Nacional de
General Sarmiento, Repblica ArgentinaE-mail:
[email protected]
*** Instituto de Ciencias, Universidad Nacional de General
Sarmiento, Repblica Argentina.Email: [email protected]
RESUMENCon el objeto de verificar la posibilidad de
funcionamiento de una nevera solar por adsorcin conel par
refrigerante metanol carbn activado, se dise y construy un
prototipo a pequea escala,simulando la energa recibida del sol por
medio de resistencias elctricas. En las pruebas efectuadasse obtuvo
una temperatura de 4,9 C en la cmara fra. Este resultado es muy
prometedorconsiderando que el dispositivo realizado slo contiene
una masa de carbn de la dcima partenecesaria para el prototipo de
dimensiones reales lo que hace muy importantes las prdidas de
calor, frente a la potencia del sistema.
PALABRAS CLAVESRefrigeracin, nevera solar, metanol, carbn
activado.
ABSTRACTWith the purpose of verifying the possibility of
operation of a solar refrigerador by adsortionwith a cooling pair
(metanol-activated carbon), we designed and built a prototype in a
small scale,simulating the energy received from the sun, by
electrical resistances. In the test we performed, atemperature of
4.9 oC was obtained. This result is very promising, in so far as
the device containsonly one tenth of the mass of carbon that the
device of real dimension will have.
-
7/23/2019 Prototipo a Pequena Escala de Una Nevera Solar
Primeros Resultados
3/10
238
Inna Samson, Rodolfo Echarri, Claudio El Hasi : Prototipo a
pequea escala de una nevera solar...
INTRODUCCIN
Es conocido por todos el problema de la utilizacin de
combustibles fsilespara la produccin de energa y la utilizacin de
los CFC en la industria.
La implementacin de nuevas tcnicas de refrigeracin buscan paliar
losefectos de las dos cuestiones mencionadas aunque, por supuesto,
no pretendeneliminarlos totalmente.
Por un lado, en la industria de la refrigeracin clsica (ciclo de
compresin),
se han buscado reemplazantes del conocido fren, que actualmente
ya estnen uso.
Por el otro, se han desarrollado tcnicas que permiten obtener
fro haciendouso de energas no convencionales. Dentro de estas
ltimas, se encuentra laposibilidad de un ciclo de adsorcin de
metanol sobre carbn activado. Elmencionado ciclo permite utilizar,
como fuente de energa, un colector solardel tipo plano ya que son
suficientes las temperaturas alcanzadas en l(tpicamente 100C).
Si se quisiera utilizar otro tipo de ciclo donde la temperatura
de la fuente
caliente tuviera que ser mayor, se deberan utilizar otro tipo de
colectoressolares ms sofisticados (concentradores) lo que aumentara
sensiblementelos costos de produccin de una nevera de este
tipo.
Por otro lado, los colectores solares planos tienen la ventaja,
frente a losconcentradores, que sus niveles de eficiencia se
mantienen dentro de valoresaceptables an en condiciones de
nubosidad donde los concentradores pierdentotalmente su
utilidad.
Adems, si bien el metanol es txico, la presin mxima a la que
puedellegar a encontrarse dentro el sistema es del 20 % de la
atmosfrica y frente acualquier fuga, penetrara aire al sistema, y
no saldra metanol. Esto es locontrario a lo que ocurre en las
instalaciones de refrigeracin de amonacodonde una prdida en el
sistema puede afectar severamente a las personas quese encuentran
cerca.
-
7/23/2019 Prototipo a Pequena Escala de Una Nevera Solar
Primeros Resultados
4/10
239
Ciencia y Sociedad, Vol. XXXIII, nm 2, 2008, 237-245
Como ya hemos explicado en un trabajo anterior [1] la nevera
solarpropuesta consiste en un colector solar plano donde se aloja
una masa decarbn activado que eleva su temperatura durante las
horas de insolacin. Alelevar su temperatura, el carbn activado
desorbe una cierta cantidad demetanol que se encuentra adsorbido en
l, la que pasa en estado gaseoso a uncondensador en el que pasa al
estado lquido, liberando el calor latente decondensacin hacia el
medio ambiente.
A su vez, el metanol en estado lquido pasa por gravedad a un
recipiente
que lo contiene hasta que se completa el ciclo de desorcin. En
ese momentose abre una vlvula permitiendo el paso del lquido hacia
el evaporador quese encuentra en una cmara trmicamente aislada del
medio ambiente (cmarafra).
Cuando el carbn activado baja su temperatura (durante las horas
sin sol)comienza a adsorber los vapores de metanol presentes en el
sistema, bajandosu presin y provocando la evaporacin del metanol
lquido que se encuentraen el evaporador.
El calor latente de evaporacin del metanol es el responsable de
laextraccin de calor de la cmara fra.
Los clculos que hemos realizado, que se han basado en trabajos
previosde otros autores [2],[3],[4],[5],[6],[7],[8] nos permiten
estimar que para unaproduccin de 5 Kg de hielo diaria, es necesario
un metro cuadrado de colectorsolar con un contenido de unos 15 Kg
de carbn activado, dependiendo desus caractersticas. El modelo a
escala que construimos posee slo 0,5 Kg decarbn.
Como hemos explicado en el trabajo previo ya nombrado[1], todas
lascuestiones mencionadas anteriormente, junto con las
posibilidades tcnicasde una futura produccin de neveras de este
tipo en Repblica Dominicana,
nos han decidido a experimentar con el ciclo de adsorcin de
metanol sobrecarbn activado.
-
7/23/2019 Prototipo a Pequena Escala de Una Nevera Solar
Primeros Resultados
5/10
240
Inna Samson, Rodolfo Echarri, Claudio El Hasi : Prototipo a
pequea escala de una nevera solar...
Para verificar la posibilidad de obtener fro con un ciclo de
esta naturaleza,y al mismo tiempo comenzar un entrenamiento
experimental para solucionaralgunos de los problemas que se
presentan al elaborar equipos de este tipo, sedise y construy un
dispositivo que logr bajar la temperatura del
evaporadornotablemente.
DISEO Y CONSTRUCCIN
El diseo del dispositivo se puede observar en el esquema
siguiente.
Todos los elementos empleados son de fcil adquisicin y bajo
costo:
El recipiente que contiene el carbn activado, el contenedor
intermediode metanol lquido y el evaporador son matafuegos de carro
en desuso.
El condensador y las tuberas complementarias se realizaron en
tubos decobre para gas de 3/8 y las vlvulas son tambin para
gas.
Las uniones entre el hierro de los recipientes y los tubos de
cobre serealizaron por medio de soldadura de plata, y las uniones
entre los tubos pormedio de uniones estandar para gas con anillo de
aluminio.
El tamao del prototipo es tal, que la cantidad de carbn
utilizada es deaproximadamente 500g. lo que nos da una cantidad de
metanol adsorbidomxima (en condiciones de saturacin del carbn) de
unos 150 CC. Sinembargo se realiz la carga con 250CC de forma de
asegurarnos que sobrase.
Dentro del recipiente con carbn (un cilindro de 25x8cm
aproximadamente)se han colocado tres tubos de cobre de 1/4 en los
cuales se han practicadoperforaciones de 2mm separadas 4 mm entre
si. Dichas perforaciones serealizaron de forma tal que atraviesan
de lado a lado el tubo y todas estncontenidas en un plano que
contiene el eje del mismo. Sobre un plano ortogonal
al anterior (y que tambin contiene al eje) se realiz otra serie
de perforacionesiguales.
El nmero total de agujeros en cada tubo es de aproximadamente
200.Esto permite que los vapores de metanol generados en la masa de
carbncirculen con facilidad hacia el resto del sistema.
-
7/23/2019 Prototipo a Pequena Escala de Una Nevera Solar
Primeros Resultados
6/10
241
Ciencia y Sociedad, Vol. XXXIII, nm 2, 2008, 237-245
Dado que, en lugar de tener un colector plano, el sistema posee
un cilindropara contener el carbn, la energa proveniente del sol se
simula colocandodicho recipiente dentro de un horno con
resistencias elctricas, para tenercontrol de las temperaturas
alcanzadas.
-
7/23/2019 Prototipo a Pequena Escala de Una Nevera Solar
Primeros Resultados
7/10
242
Inna Samson, Rodolfo Echarri, Claudio El Hasi : Prototipo a
pequea escala de una nevera solar...
El condensador se construy sencillamente doblando en forma de
zigzagun tubo de cobre de 1/4 de aproximadamente 2m de
longitud.
Por otro lado el evaporador, que tambin es un matafuegos de
carro endesuso, se coloc dentro de un recipiente de latn de
dimensiones mayoresaislado con espuma de poliuretano en
aerosol.
El dispositivo construido se puede observar en la fotografa,
donde semuestra un acondicionador para dar una idea de las
dimensiones del prototipo.
-
7/23/2019 Prototipo a Pequena Escala de Una Nevera Solar
Primeros Resultados
8/10
243
Ciencia y Sociedad, Vol. XXXIII, nm 2, 2008, 237-245
PUESTA EN FUNCIONAMIENTO
Para poner en funcionamiento el sistema, una vez colocado el
carbnactivado en su recipiente, y el metanol en el evaporador se
procedi a calentarel carbn activado por medio de las resistencias
hasta una temperatura deunos 200C durante tres horas mientras se
mantena la vlvula 1 abierta y la 2cerrada. de esta forma la mayor
parte de los componentes adsorbidos por elcarbn fueron
eliminados.
Luego de esto, para mejorar la activacin del carbn, el sistema
se conecta una lnea de vaco a travs de la vlvula 1 durante otras
dos horas, paraterminar abriendo la vlvula 2 durante el tiempo
necesario para observar lasalida de vapores de metanol a travs de
la lnea de vaco. En ese momento secerr la vlvula 1 y se desconect
la lnea de vaco para posteriormente dejarenfriar hasta temperatura
ambiente al carbn activado.
A partir de aqu, se comenz el experimento que consisti en
calentar elcarbn activado a 100C con la vlvula del evaporador
cerrada, durante eltiempo suficiente para lograr la desorcin. Luego
de esto, se abri la vlvuladejando pasar el metanol hacia el
evaporador por gravedad, y se cort elsuministro de energa para la
calefaccin del carbn.
De esta forma, al enfriarse el carbn hasta la temperatura
ambiente,comenz el proceso de adsorcin y por lo tanto el
enfriamiento del evaporador.
La evolucin de la temperatura del evaporador durante el
experimento sepuede observar en la tabla siguiente.
Todas las temperaturas se midieron por medio de resistencias NTC
depreviamente calibradas.
-
7/23/2019 Prototipo a Pequena Escala de Una Nevera Solar
Primeros Resultados
9/10
244
Inna Samson, Rodolfo Echarri, Claudio El Hasi : Prototipo a
pequea escala de una nevera solar...
En los subsiguientes ciclos simulados las diferencias de
temperaturalogradas en el evaporador fueron sensiblemente menores
hasta que despusde un par de das el sistema dej de funcionar
totalmente.
Esto, probablemente, se debe a prdidas de vaco ya que la entrada
de aireal sistema impide la correcta evolucin del ciclo.
PROBLEMAS ENCONTRADOS
1- Las vlvulas utilizadas no son aptas para esta
aplicacin.Solucinpropuesta: utilizar vlvulas de mejor diseo y
calidad, o disear yconstruir vlvulas adecuadas.
2- Los sellos de aluminio son atacados por el metanol. Solucin
propuesta:utilizar sellos de cobre (actualmente no se consiguen en
el mercadoargentino) o utilizar uniones soldadas con soldadura de
plata.
3- El nivel de vaco alcanzado con el compresor de nevera no es
el ptimo.Solucin propuesta: utilizar una bomba de vaco de paletas
en baode aceite.
CONCLUSIONES
Con el trabajo realizado se ha mostrado cualitativamente la
posibilidad defuncionamiento de una nevera de este tipo.
Por otro lado, se ha logrado una valiosa experiencia durante la
construcciny evaluacin del dispositivo, lo que permitir la
construccin de uno demayores dimensiones.
BIBLIOGRAFA
1. Inna Samson y Rodolfo Echarri.Una alternativa para produccin
de fro conenerga solar. Ciencia y Sociedad, Vol XXIX Enero Marzo
2004 RD ISSN0387-7680.
-
7/23/2019 Prototipo a Pequena Escala de Una Nevera Solar
Primeros Resultados
10/10
245
Ciencia y Sociedad, Vol. XXXIII, nm 2, 2008, 237-245
2. Erico Frigerio.Sistema solar de refrigeracin por adsorcin.
Caractersticasdel carbn activado.Universidad Nacional de Salta.
http://:mail.inenco.net/asadedit/avermas/averma3/03-33.pdf
3. K. Sumathy.An efficient solar ice maker.Departament of
MechanicalEnergy, University of Honk Kong.
http://www.fsec.ucf.edu/ed/iasee/isree/s2236.PDF
4. F. Lemini, A. Errougani, F. Bentayeb. Realisation
experimentale dun
refrigerateur solaire a adsorption Rabat.FIER 2002 Tetouan
Maroc.
http://www.fst.ac.ma/fier/43.PDF
5. M. Ahachad, A. Almers and E. Mimet. Etude comparatif des
machinesfrigorifiques solaires a adsorption et a absortion. FIER
2002 TetouanMaroc.
http://www.fst.ac.ma/fier/01.PDF
6.J bougard.Analyse energetique et entropique de plusieurs
cycles de refrigerationsolaire a adsorption.FIER 2002 Tetouan
Maroc.
http://www.fst.ac.ma/fier/07.PDF
7. E.E. Anyanwu. Review of solid adsorption solar refrigerator
I: anoverview of the refrigeration cycle. Energy conversion and
Management44 (2003) 301 - 312.
8. E.E. Anyanwu, C.I. Ezekwe.Design, construction and test run
of a solidadsorption solar refrigerator using activated
carbon/methanol, asadsorbent/adsorbate pair. Energy Conversion and
Management 44 (2003)2879 - 2892.
Recibido: 10/03/08Aprobado: 4/05/08
