Pgina1 DISEODE UNAPLANTADE REFRIGERACIONQUE
UTILIZAENERGIASOLARPARA LA CONSERVACIONDE LA UVAPRODUCIDAY
PROCESADAEN MAJESPARA EXPORTACION CruzChullo,ElvisRonald
[email protected] VilcaCoa, [email protected]
Mayorga Valer,Paul David [email protected] Ing.
FlorezLarico,[email protected] Ing. GordilloAndia Carlos
[email protected] UniversidadNacional De San Agustn de
Arequipa Facultadde Ingeniera de Produccin y ServiciosEscuela
Profesional de Ingeniera Mecnica Paucarpata s/n Esc. Ing. Mecnica
Ed.Paulette, telf. 284386, [email protected] Resumen Este
trabajo describe el funcionamiento de una planta frigorfica que
utilizando la energa solar que se usara para conservar la uva
procesada en Majes , enfocada a la reduccin del consumo de energa y
una reduccin de la contaminacin. El proyecto trata del diseo de una
planta frigorfica que comprende de : una cmara de conservacin que
utiliza un sistema de absorcin amoniaco - agua utilizando un
concentrador solar como fuente de calor , un tnel de enfriamiento
que usa electricidad , un pasillo y un despacho que conectado a la
cmara de conservacin utiliza tambin energa solar . La capacidad de
esta planta frigorfica es de 50 toneladas que se usara para
conservar la uva en Majes que tienen por objetivo la exportacin con
mayor competitividad. Palabras clave: sistema frigorfico, sistema
de absorcin, concentrador solar Abstract This paper describes the
operation of a refrigerating plant using solar energy that is used
to keep the grapes processed Majes, aimed at reducing energy
consumption and reduced pollution. The project is the design of a
refrigeration plant comprising: a holding room using an ammonia
absorption system- a solarconcentratorusingwateras a heat source,
acooling tunnelthat useselectricity,ahallwayandan office thatis
connected the camera also uses solar energy conservation. The
cooling capacity of this plant is 50 tons will be used to preserve
grapes Majes that aim to export more competitive. Keywords:
refrigeration system, absorption system, solar concentratorPgina2
1. INTRODUCCIN. Elproyectotratadebrindarunaalternativaalos sistemas
convencionales de conservacin de alimentos que tan ampliamente estn
difundidos en nuestro medio
debidoalafaltadeinterspordesarrollarproyectos
quecontemplendesarrollo sostenible. Actualmente en elmundo por el
inters que se toman a las fuentes de energa renovables debido a los
problemas ambientales esqueeldesarrollo de estas se
vienenincrementando notablemente.Lauvacomoprincipalproductode
exportacin en zonas clidas como en la costa peruana,
debidoalafuerteradiacinyelevadatemperatura
ambiental(comoenelcasodeMajes),hacequela preservacin
deesteproductotenga untratoespecial
paraasgarantizarsucalidad,frenteaesto,tomando
comoreferenciaaproyectosrealizadosanteriormente
esqueseproponeeldesarrollodeunaplantade conservacin de uva
utilizando energa solar, para esto se llevan a cabo procedimientos
que demuestran que el proyecto es viable econmica y ambientalmente
y que contribuye al desarrollo del sur del pas. 2. PLANTEAMIENTO DE
ESTUDIO Laexportacin de productosfructferos,comola uva, es de sumo
inters para la regin y, dado que la mayor
partedelastierrasdelaampliacindemajessern destinadas para la uva,
se ve la necesidad de comenzar a desarrollar proyectos destinados a
la conservacin de dichos productos
Elavanceyeldesarrollosostenibledelareginde Arequipa, yespecialmente
enmajes creala necesidad deutilizarlaenergasolarcomounafuentemuy
importantedebidoalafavorablealtaradiacin existente. En el sur del
Per existen proyectos de generacin de
energaelctricafotovoltaicaquedemuestrala viabilidad de desarrollar
proyectos de energa solar Esenestecontextoque se plantea suuso
demanera directaenunsistemadeenfriamientobasadoen absorcin de
generacin solar para conservar productos
fructferosdeexportacinenmajes.Elahorro
energticoposterioryelreducidoimpactoambiental que generan hacen
este proyecto ms atractivo. 3. OBJETIVOS
Elpresenteproyectotienecomoobjetivodescribirel
funcionamientodeunaplantadeconservaciny
procesamientodeuvautilizandoenergasolarcomo fuente de energa para
la obtencin de frio 3.2 OBJETIVOESPECIFICO Ampliar la oferta en
tecnologa de conservacin para la
poblacindeMajesasegurandolacalidaddelauva producida para la
exportacin y evitando la emisin de contaminantes a la atmosfera
adems utilizando energa renovable ytecnologasinnovadoras
paraobteneruna notable reduccin en los costos de energa y
aprovechar mejor la gran cantidad de energa solar disponible.
4.HIPTESIS. 4.1HIPTESISGENERAL.
Enelvalledemajestenemosunainmensafuentede
energalimpiaquepuedeydebeserutilizadaen
procesosquedenvaloragregadoalosrecursos
producidosenlazonayqueayudenamitigarlas
emisionesdeCO2,considerandoestolomejor que se puede desarrollar son
sistemas que puedan aprovechar
estaenerga,yseanadecuadosalasexigenciasde produccin. 4.2
HIPTESISESPECFICO. Si nosotros implementamos un proceso de obtencin
de frioquepuedaaprovecharlaenergasolar
directamente,paralaconservacindelauvapara
exportacin,podramosobtenerlossiguientes beneficios: Ningn efecto
daino a la atmosfera terrestre Mantencin de las propiedades de la
uva a exportar Ahorro significativo de costo de energa Los que son
muy deseables y contribuiran bastante en
eldesarrolloregionalylamejoradelosprocesos hacindolos ms amigables
con el ambiente 5. MARCO TERICO. 5.1 ACREDITACIN: La provincia de
majes cuenta con el ms alto ndice de
radiacinsolar;estandoestaentre850a950W/m2,
ademsdeserpermanenteduranteelao,3.1 OBJETIVOGENERAL. Pgina3
queyaestempezandoaserutilizada,endiferentes
proyectosdeenergaslimpiascomounacentral fotovoltaica. Es gracias a
esto que se puede utilizar la energa solar para la produccin de
frio, en este proceso, la radiacin solar presente podr ser
concentrada con el empleo de unconcentrador solar,elque elevala
temperatura del fluido hasta alcanzar al absorvedor que permite
usar el calorparaaumentarlapresin delrefrigerante.Yde estamanera
obtener unagran utilidad deestaenerga muy prctica y abundante. 5.2
PROSPECCINYELEMENTOS DEL SISTEMA DE CONSERVACIN. Para
aprovechamiento de la energa solar en esta planta
deconservacin,esnecesarioutilizartecnologa relativamente nueva como
el sistema de absorcin, que
reemplazaalsistemaconvencionaldecompresinde vapor y permite usar,
directamente, la energa solar tan abundante en la zona. Con este
fin es que proponemos lautilizacindelsistemadeconcentradoressolares
parablicos como fuente de calor.
Losproyectosdeobtencindeenergadelsol realizados como en Andasol
Espaa, que consta de tres centrales de cilindro parablicos, de50 MW
siendo la plantatermosolarms grandedeEuropa,conmsde
202hectreasyunaproduccin de179000000kWh de electricidad al ao, y en
Nevada Solar One que es la planta termosolar ms grande que se ha
construido en EstadosUnidosy tiene unacapacidad nominalde64
MWedemuestralagranfactibilidaddeutilizaresta energa Los proyectos
desarrollados de refrigeracin solar que tomamoscomoantecedentes se
danenMxicocomo SONNTLAN LAS BARRACAS que tenia por objetivo
satisfacer las necesidades de los pescadores de la zona,
seoperolaplantadeabsorcinamoniaco-agua llegando a presentar varias
dificultades para conseguir
condicionesdergimenpermanenteprincipalmente
cuandolaenergadadaporsolnoerasuficientey
operarlacalderaenelmomentooportuno.Paraeste proyecto como solucin
actual se trato de corregir esto utilizando sistemas de control
moderno y fiable. 5.3 FUNCIONAMIENTO DE LA PLANTA La planta operara
en la ciudad de majes, y contara con
readeprocesamientodelaUvaquellegaraen camionesdirectamente
delacosecha,paraprepararlo para la exportacin, proceso que ser
manual apoyados solamenteporunafajatransportadora,allse
seleccionaraypesarayenvasara,seguidamentese apilaran en palets de
una tonelada que sernllevados al rea de conservacin,eneste reala
temperaturaala cual se realiza este proceso es de 27C.
Elreadeconservacinconstaradeuntnelde enfriamiento,
queenfriaraelproducto hasta1C,una vez alcanzada esta temperatura se
los trasladara a una de las dos cmaras de conservacin cuyo objetivo
ser mantenerestatemperatura,lascmarasde
conservacinyeltneldeenfriamientoestarn conectadas por un pasillo
que estar a una temperatura relativamente superioraldelascmaras
yaqueesla zona de operacin , las puertas de entrada y salida de
esta rea sern hermticas. Para contar con una mejor distribucin y
eficiencia del proceso se colocaran 2 ventiladores axiales en el
tnel de enfriamiento 4 por cada cmara de conservacion y 2 en el
pasillo Figura2 esquema del reade conservacinde la planta Las
capacidades de almacenamiento previstas para este proyecto son:
Figura 1 Esquema del la planta de conservacin de uva TUN ENF CAM
1CAM II PASILLO [ SALADE PROCESOS ZONADEEMBARQUE Pgina4 25
toneladas de uva en el tnel de enfriamiento
50toneladasdeuvaporcadacmarade conservacin 5.4 GENERACINDEL FRIO
Sepuedeconsideraralarefrigeracinporabsorcin
unavariantedelarefrigeracinporcompresinde vapor ya que lo nico que
los diferencia son el mtodo de obtencin delaumentodepresin
delrefrigerante, que para este se basa en una serie de etapas que
tienen como fuente la energa trmica que produce el sol para el da y
una caldera a gas en la noche. El sistema de absorcinser de
amoniaco- agua para lo cual el amoniaco ser el refrigerante que al
salir del sistemadeabsorcinaaltapresin,circulaporlas
tuberasdelaplantaelcondensadoryelevaporador
descendiendolapresinylatemperaturadespusse
mezclaconelaguaenelabsolvedorformandouna
solucinquealsersometidoaunprocesode
calentamientoocasionalaseparacindeestos
componentesconlaconsecuenciadelaelevacinde presin del amoniaco que
vuelve a realizar el ciclo.
Elcondensadordelqueseextraecaloralambiente tendr que estar a mayor
temperatura que este. Elevaporadorqueabsorvercalorenlascamarasde
conservacinyeneltneldeenfriamientodeber funcionar a temperaturas
menores a las de las cmaras para asegurar su funcionamiento. Para
realizar la parte mas importante que la de elevar la
presindelasolucindemaneraquesedenlas
condicionesdergimencontinuoparaquenosea afectada la produccin se
proceder a utilizar como un sistema auxiliar de caldera a gas para
las noches y para cuandolaenergasolarnosealasuficienteenlos
concentradores,estossernautomatizadosparaque cumplan su propsito de
manera eficiente. 5.5OBTENCIONDELCALORPARAEL PROCESO. En esta etapa
se ha visto por conveniente la utilizacin deconcentradores solares
queelevaranlatemperatura de un fluido, que puede ser agua, hasta la
temperatura requerida en el intercambiador de calor que alimentara
elabsorvedor,esteprocesodotaradelapotencia necesaria
parapodermantener operativoel sistema de refrigeracin durante las
horas de soly, paralelamente, se ha visto por conveniente la
utilizacin de una caldera agasqueayudeamantenerelprocesodurantelas
nochesyaquenohabrenergasolardisponible,la
calderaentraraenserviciodemaneraautomtica
algunosminutosentesdelapuestadel solyoperaa plena carga minutos
despus de esta as que el periodo en que la planta quedara sin
potencia ser muy corto y no afectara la conservacin.
Losconcentradoressolaresqueestamosproponiendo,
absorbenlaenergadelsol(radiacinsolar)yla
concentranytransformanencalorqueseusapara elevar la temperatura de
un fluido. Este fluido conduce
estecalorhacialosdispositivosquelorequieran,en
nuestrocasounintercambiador de calor que entregara este hacia en
absorvedor, esto lo har con el auxilio de
unabombaimpulsoradefluidoquemantendr
circulandoelfluidodurantelaoperacindel concentrador; El
concentrador solo trabajara durante las horas de sol,yluego ser
sacadodelsistemaporun accionamiento automtico.
Elintercambiadordecaloreslaparte delsistemaque
transfierelaenerga(calor)desdeelfluidocaliente
haciaelfluidodelabsorbedor,este Figura 3 esquemas de un sistema de
refrigeracinpor absorcin Figura4Lnea de
concentradoressolaresEUROTROUGH Pgina5
trabajarduranteeldaconelfluidodelos concentradores, y durante la
noche con el de la caldera as quetendr unaconfiguracinespecialque
permita estaoperacin,obviamenteestecambiodefuentede
energasehardemaneraautomatizadaasqueno afectara al proceso de
conservacin de la Uva. 6. VENTAJAS Y DESVENTAJAS 6.1 VENTAJAS El
proyecto utiliza energa renovable y abundante en la zona. proyecto
tiene repercusin importante en el desarrollo agrcola en la regin Se
evitara notablemente la repercusin ambiental que traera el uso de
sistemas convencionales El ahorro significativo de energa a largo
plazo 6.2 DESVENTAJAS El amoniaco como refrigerante si bien es
cierto es un refrigerantequenocontribuyealacontaminacin atmosfricay
no esungas deefectoinvernadero se
debetratarconmuchocuidadoapesardeser
totalmenteperceptible.Eldesconocimientodeestos sistemas en el pas y
en la regin podra repercutir en
suejecucinElcosteelevadoinicialenlaejecucin del proyecto 7.
PROCEDIMIENTODE CLCULO. 7.1CLCULOY DIMENSIONAMIENTO DE LA CMARA
FRIGORFICA Determinacin de las dimensiones de la Cmara El tamao de
la cmara frigorfica, se seleccion datos obtenidos de los diferentes
exportadores de esta fruta, esdecir,sehizounpromediodelosdatosde
exportacindiariaparadeterminarlasdimensiones necesarias para
almacenar los pallets. Materiales de construccin La Cmara estar
construida de paneles prefabricados
deacero,loscualesestnconstituidospor un ncleo
depoliuretanoinyectadoentredoslminas
preformadasdeacerogalvanizado,prepintadascon dos capas de polister
blanco, material resistente a la sal, este panel esta formado como
un sndwich. Clculo de la Carga Frigorfica
Lacargafrigorficaserigualalasumadelcalor producido por:
AportesInternos Aportesexternos Aportes miscelneos (EcuacinN1) 7.2
CLCULODELCICLODE REFRIGERACIN Determinacin de la temperatura de
condensacin Paradeterminarlatemperaturadecondensacinse partir del
datoconocido delatemperaturaambiente,
entoncesparacondensadoresenfriadosporaire,la temperatura de
condensacin tendr un AT mayor a la temperatura media en el rango de
10 a 15 C. TCONDENSACIN= TMEDIO + AT (EcuacinN2) Determinacin de la
temperatura de evaporacin. Elfactoraconsiderarparalaseleccindela
temperatura de evaporacin es la humedad relativa a la que se deber
encontrar el medio a enfriar encontramos
losrangosdediferenciadetemperaturaentrela
temperaturadealmacenamientoylatemperaturade evaporacin, tomando en
cuenta la humedad relativa. TEVAPORACIN=TALMACENAMIENTO - AT
(EcuacinN2) Elesquemadelaprimeratentativadesistemade refrigeracin
del rea de conservacin Cuyo diagrama p-h ideal seria de la forma
Figura5 Lnea esquema del sistema de refrigeracin Pgina6 6.
Ventajasy Desventajas 6.1 Ventajas El proyecto utiliza energa
renovable y abundante en la zona.
Elproyectotienerepercucionimportanteenel desarrollo agrcola en la
regionSe evitara notablemente la repercucion ambiental que traera
el uso de sistemas convencionalesElahorro signficativo de energa a
largo plazo 6.2 DESVENTAJAS El amoniaco como refrigerante si bien
es cierto esunrefrigerantequenocontribuyealacontaminacin atmosfrica
y no es un gas de efecto invernaderosedebetratarconmuchocuidadoa
pesardesertotalmente perceptible. El desconocimiento de estos
sistemasenelpasyenla reginpodrarepercutirensu
ejecucionElcosterelativamente elevado inicial en la ejecucin del
proyecto I.MEMORIADE CALCULOSPARA ELDISEODEL SISTEMADE
REFRIGERACION TIPO INTERMITENTE Constadelos siguientespuntos
importantes: Estimacin de la radiacin solar Clculoydiseodelos
componentes: -Diseo del evaporador -Diseo del colector solar
-Seleccindevlvulasy dimensionamiento de tuberas
ESTIMACIONDELARADIACION SOLAR Parareali zarlaestimacindela radiacin
enla ciudad de Arequipa, sehatomadocomoestacin
CharacatoLaPampilla,lugar donde sehan reali zado mediciones
denubosidadyheliofania,cuyos valoreshansidoproporcionados
porelServicioNacionalde MeteorologaeHidrologa
SENAMHI,ysemuestraenla siguientetabla: Paraelpropsitodelpresente
proyecto seutili zarala radiacin globalpromedioanualde5000
W-h/m2,paralaci udadde Arequipa,estoservir fundamentalmenteparael
dimensionamientodelcolector solar,queesparteesencialen
laconcepcindelequipode refrigeracin conenergasolar.
IRRADIACIONGLOBAL (W-h/m2) Hon/NabHa
Enero10176,1890,2610,370,44827,584
Febrero10416,1520,2790,370,45016,419
Marzo10418,3330,3400,370,45271,676
Abril9992,5510,4000,370,45296,052 Mayo9358,5450,3810,370,44888,904
Junio8973,6640,3290,370,44501,190 Julio9117,4110,3250,370,44558,706
Agosto9671,075 0,360 0,370,44970,933
Septiembre10195,9120,3950,370,45383,442
Octubre10351,1430,3280,370,45187,993
Noviembre10186,7550,3160,370,45056,705
Diciembre10048,0680,3370,370,45072,265 Promedio5002,656 Pgina7
DISEO DEL EVAPORADOR Comoprimerpasopararealizarel
balancedemateriayenergadel sistema es determi nar la carga total
deenfriamiento,queselaha dividido en tres partes: Carga interna
Aportecalorficoatravsdelas paredes y Aportecalorficodelrefrigerante
secundario Comosemencionenlaseccin anterior,eltiempoqueseha
definidoparaelenfriamientoesde ochohorasdiariasylacarga
internaasumidaesde10Wo 288000J/dia,queenrealidad
vendraaserlacapacidadtilde generacinde fro. Unelementoqueesmuy
importanteconsiderar,eselaporte decaloratravsdelasparedes,
poresoesfundamentaldetermi nar quaislamientoyquespesor
tendraste,paraobtenerla mnimaganancia de calor.
Elaislamientoelegido,esespuma depoliestilenocuyaconducti vidad es
0.027 W/mK. Paradimensionarelespesordel aislamientoseasumirelmodelo
deunaparedisotrmicaquese encuentraenunmedioextensoen
reposo,yquelaformade transferenciadecalordelaparte
externahacialapared,espor conveccinlibre. Fig 3.1. Pared isotrmica
con su circuito trmico equivalente Haciendounbalancedeenerga,se
puede decir que el calor de conveccin es igualal calor de
conduccin,asi: Donde b. es el espesor de aislamiento
Paracadaunadelasparedesdel evaporador se calcula el coeficiente de
conveccinyasasuveztambinse puede calcularel espesor necesario.
Porfacilidadenlaconstruccindel enfriador,esconvenientetenerun nico
espesor de aislamiento, para ello sehadeterminadounpromedio,
dependiendodelreadecadapared, as Pgina8 bp = 0.124 m
Porlotanto,elespesorde aislamientoquetendrcadapared es de 124 mm.
Elaislamientonoes100%efecti vo, existeuna pequea ganancia de calor,
que debe ser determinada, para ello se utilizala siguienteecuacin;
Lagananciadecalortotalatravsde las paredes, es igual a:
Paraestablecerculeselaporte calorficodelfluidosecundario,es
necesario determi nar cul es sumasa. Asi,sielequipoproporcionafri
durante8horasalda,elrestode tiempo(16horas/da)elfluido
secundariotienequemantenerlas condiciones de la cmara absorbiendo
elflujodecalorqueatraviesaporlas paredes. Se ha aceptado una
variacin en sutemperaturade 3 C Se determin que el aporte calorfico
a travs de las paredes es de 7 W enun periodode16horassetendrun
aportetotalde403200J,conociendo estosdatosseprocedeaestimarla
masanecesariadelfluidosecundario (agua),de esta manera:
Enfriarestacantidaddelquido representauna carga significati va para
elsistema.Seasumequela temperaturai nicialdeagua(fluido secundario)
es de 26C, la cual tendr que ser llevada a una temperatura final
de5C,peroesconocidoqueconla operacinconti nuadelrefrigeradorla
variacinpermitidaenlatemperatura delaguaesde3C.Deestamanera la
temperatura del agua estar entre 5 y8C,porlotantoesexcesivo
considerarquelatemperaturainicial eslaantesmenciona,deestaforma
seusarunpromedioentrela temperaturainicialylafi nal.As,la
nuevatemperaturainicial es Deestamanerasehanestablecidoel valor de
todoslos aportes de calor. La carga total de enfriamiento es la
suma de los tres aportes individuales: Seconsideraun10%decarga
adicionalporlarenovacindeaireen la cmara: Pgina9
Considerandoquelatemperatura requeridaenlacmaraesde6C,la
temperaturasaturacindelamoniaco seestableceen3C(37F)cuya
presindesaturacines4.82x105Pa (70psia)Conociendolasentalpiasde
vaporsaturadoylaliquidosaturadoa dichapresin,sepuededetermi narel
flujomsicodelrefrigerante,deesta manerase tiene: DISEO DEL COLECTOR
SOLAR Los colectores solares trmicos son
dispositivoscapacesdecaptarla radiacinsolarycomunicrselaa
unfluido,parasuposterior aprovechamientoExistenvarios
tiposdecolectoressolaresysu aplicacindependedela temperatura que se
quiera obtener, asparaaplicacionesdebaja temperatura(hasta85C)se
utili zancolectoressolaressin concentracin,yparaaltas
temperaturasseutilizanlos colectoressolaresde concentracin. Para el
propsito de este proyecto, latemperaturaqueseespera
alcanzaresdealrededordelos 75C,comoyaseloestableci
anteriormente,porlotantoeltipo de colector solar que seutili zar es
del tipo sin concentracin. Dentro de los colectores solares si n
concentracin hay algunos diseos, peroparalaaplicacinquese desea, se
utilizarun colector solar deplacaplana,quepresentala
ventajadetrabajarconradiacin directaydifusa,norequiere
sistemadeseguimientosolary prcticamentenoprecisade mantenimiento.
Comoobjeti voprincipalenel diseodelcolectorsolardeplaca
planaesdeterminarculesrea quesenecesitaparacaptarla
energaquedemandaelproceso de regeneracin del amoniaco. Hay
queconsideraralgunosfactores que son: Elrecursoenergticooradiacin
solar con que se cuentaen el sitio donde va ser instalado el
colector Propiedadesfsicastantodela placaabsorbenteosuperficiede
captacin (absortancia, emisividad, conduccin)comodelacubierta
transparente(transmitancia. reflectividad).
Arregloodisposicindelaparrilla detubosconrespectoalaplaca
absorbente Nmerodecubiertas transparentes.
Perdidasdecalorporconduccin, radiacin y conveccin debido ala
diferenciadetemperaturaentrela superficiecolectorayelmedio
ambiente. Pgina10 Losmaterialesquesehaescogido
paralaconstruccindelcolector son: Placa colectora
Paralaplacacolectoraseutili zar unaplanchadeaceroAISI1018,
deespesor(0.7mm),cuya conductividades de 63.5 W/m K
Alaplacacolectoraselereali zara unrecubrimientodepinturanegra
paraaumentarsuabsortancia (aproximadamente=09),
presentaladesventajaqueal aumentarlaabsortanciatambin
aumentalaemisividad(p=0.9),lo queaumentalaperdidaspor
radiacin,sinembargolaradiacin emitida por la placa colectora es de
mayor longitud de onda y estas son generalmenteretenidasporla
cubiertatransparente que es opaca a dicha radiacin
Paradisminuirlaemisividaddela placasepodrareali zar
tratamientosalaplacacolectora consuperficiesselectivas,pero esto
aumentara en granmedida el costo del colector
Laparrilladetubosirsobrela placacolectora,porloquesta
tendrunaformaonduladaque siguelaformadelaparrilla.El
contactoentrelaparrilladetubos con la placa colectoratiene que ser
elmximoposible,yaquedeesto dependeengranpartela
transmisindecalorentreestos dos elementos Cubierta Transparente
Lacubiertatransparenteesla encargadadeproducirelefecto
invernadero,reducirlasprdidas porconveccinyasegurarla
estanqueidaddelcolectorala solucinyalaireenuninconla carcasa ylas
juntas. Lacubiertatransparentequese utili zara ser devidrio del
tipo bajo enoxidodehierro(vidrionormal), deunespesorde4mm,cuya
transmitancia es igual a 0.88 para longitudesdeondaentre0.3my 3.0
m. Lareflecti vidadseconsidera despreciableporserunvidriobajo en
oxido de hierro. Se utilizara solamenteuna cubierta de vidrio para
el colector, dada que lascondicionesdediseoaslo permiten
Parrilladetubosytanquede almacenamiento
Laparrilladetubosyeltanquede almacenamientosonlos
encargadosdemantenerala solucinensui nterioryde transmitirel calor
captado a sta. Laparrilladetubos,es bsicamenteun arreglo detuberas
enparalelode(D=21.mm.d1= 16mm),unidasensusextremos
pordostuberasde1"(D=334 mm.d1= 27 mm)(verplano).
Eltanquedealmacenamientoest diseadoparalograrelefecto
termosifnenelcolectorparade estamaneraobtenerel calentamientode
toda la solucin Pgina11 Aislamiento Elaislamientoevitalasperdidas
trmicashaciaelexterior,est ubicadoenlaparteposteriory lateralde la
placa colectora Elaislamientoqueseutili zarser
espumadepoliestirenodeun espesor de una pulgada (25.4mm),
tantoparalaparteposteriorcomo paralalateral,sehaelegidoeste
materialporsubajaconductividad, suresistenciaalatemperaturade
trabajo yadems por su bajo costo. Carcasa.-Eselelemento
encargadodeprotegerysoportar loselementosqueconstituyenel
colectorsolar,serconstruidade acero galvanizado(1 mm).
SELECCINDEVLVULASE INSTRUMENTOS DE MEDICIN Dadoqueelequipoesdetipo
experimental.Suoperacinser manual, es por ello que las vlvulas
escogidasparasufuncionamiento debencumplirconlassiguientes
caractersticas 1) producir la menor cadadepresinposiblecuandoel
fluidopaseatravsdesta,2)un cerramientofiablesinni ngntipo de fugay
3) facilidad de operacin. Considerandoestostrespuntos,el tipo de
vlvula que se utili zar tanto para la lnea que une el evaporador
conelcolectorsolarcomoparala tuberaqueuneelcondensador
conelcolector,ascomotambin lavlvulaqueimpideopermiteel
pasodelrefrigerantedel condensadorhadalavlvulade
expansin,todasellassern vlvulasdebolayservirn,como se lo explico
anteriormente, para el controlyoperacin del sistema Para el
dispositivo de expansin se haconsideradountubocapilarde
unmilmetrodedimetroydos metrosdelongitud,conestose
esperaconseguirlocaldade presin necesaria y de esta manera
obtenerlatemperaturarequerida en el evaporador. Para la operacin
del sistema es de fundamentalimportanciacontrolar
lapresindelequipo, especialmentedelconjunto
generador-absorbedor(colector solar),esporelloquesehace
necesariolautilizacindeun manmetro,quepermitaconocer
cuandoselogralapresinde condensacin durante lashoras de
regeneracindeamoniacoyla presindesaturacindelamezcla cuando se
produce la absorcin, ya quedeestodependerel
accionamientodelasrespecti vas vlvulas Tambin esnecesariolautili
zacin detrestermmetros,unodeellos esuntermmetrodigitalque permitir
censar en varios puntos la temperaturaqueseobtieneenla
placacolectoradurantelashoras deradiacinsolar,elsegundo
servirparacensarlatemperatura dentrodelacmaraauxiliary
finalmenteeltercertermmetroes para la cmara de enfriamiento
DIMENSIONAMIENTO DE TUBERAS Paradeterminarladimensinde las tuberas
que conectan cada una Pgina12 delaspartesdelsistema,se
realizarunaanalogaconel sistemavaporcompresin,deesta
manerasepuededecir,quela lnea queune el evaporador con el
colectorsolarcorrespondeconla lneadeaspiracin,lalneaque
uneelcolectorsolarconel condensadorcorrespondeala lneadedescargayfi
nalmente. Para la operacin del sistema es de
fundamentalimportanciacontrolar lapresindelequipo,lalneaque
uneelcondensadorconel evaporador es la lneade lquido. Para determi
nar el rea transversal paracadalnea,puede
determinarseconlasiguiente ecuacin: Dondelosvaloresdevelocidad
recomendadosparacadaunade laslneassehanestablecidodela
siguientemanera: a)Lneadeaspiracin:1520 m/s b)Lneade descarga 12-25
m/s c)Lneadeliquido:noexceder1 m/s Considerandoquelapotencia
frigorficadelequipoespequeay quelatemperaturadeevaporacin
esmayora0C.Lasvelocidades queseaplicantantoparalalnea de aspiracin
como para la lnea de descargacorrespondenalos
valoresinferiores,paralalneade liquidoseutili zara0.2m/s.Elflujo
msicoyelvolumenespecfico dependendelascondicionesdela
correspondienteseccin. Tomandoencuentaloantes
mencionadoyladisponibilidadde latuberaenelmedio,los
conductosqueseutilizarnpara cada una delas lneas del sistema,
sernde3/16(D=5mm;d1=3 mm). II.RESUMEN DEL DISEO Aconti
nuacinsepresentaun resumendelosparmetrosde diseo del
refrigeradorsolar 1. Colector 2. Condensador ComponentesCapacidad
Receptculoexterior60 litros Depsito condensador10.8 litros
ComponentesNo de partes Alimentadorsuperior1 Alimentadorinferior1
Tuberacolector13 Tubosde Circulacin3 Lmina colectora1 Datos tcnicos
Superficie del colector2.0 m2 Inclinacin30 grados Volumeninterno33
litros Masa de la estructura117.7 kg CubiertaVidrio, unacapa
AislamientoPoliuretano expandido Material de la tuberaAcero Pgina13
Figura 4 . Fotografa del prototipo (Fuente:
www.ikkaro.com/refrigerador-sin-electricidad) ANALISIS DEL CICLO
Enlafigura4seilustraelproceso deevolucindelvaporde
amoniacoyelcambiode concentracindelasolucinenel
colectorcomenzandoconuna concentracin de 63%y presin de
463kPaabs,alas6a.m.Como puedeobservarse,nose
desprendevaporhastaquela presin no alcanza los 837 kPa abs
alas10a.m.aproximadamente. Paralosclculossehasupuesto que el
condensador funciona a 837 kPa en forma constantehastalas 4
p.m.cuandoyanoserecolecta calortil.Laconcentracinfinales
de38%habindoseevaporado 6.36 kg de vaporen el proceso.
Elprocesodeabsorcinocurrea partirdelas10p.m.cuandose
poneenfuncionamientoel refrigerador,hastalas6a.m.
cuandoseregresaala concentracininicial de 63%.
Lasiguientetablamuestralos resultadosdelciclodiurnoenlacual
Icolrepresentalaradiacinquecae sobre el colector W/m2. Qut il es el
calor aprovechadoparaevaporarel amoniaco, X' es la concentracin
dela solucinenelcolectoryPsatesla presin de saturacinde la mezcla.
7.BIBLIOGRAFIA STOECKER,W.F..REfrigeraciony
acondicionamientodeaire-McGraw-Hill,Mexico 1978. PILATOWSKYF:I:et
al. Metodosdeproducciondefrio-programa Universitariode Alimentos,
UNAM,1993
