20 junio 2010

Enfriadora de adsorción de silica gel/compacta para sistemas de enfriamiento solar


Principio básico de la enfriadora de adsorción .

El proceso básico de la refrigeración de frío es la compresión de un fluido refrigerante, que origina la evaporación del líquido a baja temperatura y presión y condensación del vapor a temperaturas y presiones más altas. En vez de presión mecánica como los acondicionadores de aire, las enfriadoras térmicas usan energía térmica para la compresión del fluido. .

El principio básico de la compresión térmica es la ab- adsorción del refrigerante en un material líquido o sólido. Mientras que las enfriadoras de absorción usan bromuro de litio líquido en las enfriadoras de adsorción se usan adsorbentes sólidos como silica gel o zeolitas. En ambas máquinas, el refrigerante es agua, lo cual genera que la máquina tenga que ser operada a muy bajas presiones en un contendor de vacío. .
Algunas enfriadoras ( p. ej. SorTech) usan silica gel como adsorbente. Silica gel es un vidrio poroso con una alta capacidad de adsorber vapor de agua. Por ese motivo se usa como desecante en varias aplicaciones. .

El adsorbente es secado por la entrada de calor. El vapor de agua queda libre, fluye en el condensador y es licuado por emisión de calor. Cuando el material se seca, la entrada de calor en el adsorbedor se para y cierra la válvula de control superior. .

Después de la fase de enfriamiento se invierte la reacción y comienza la evaporación del condensado del líquido. .

La válvula de control inferior al evaporador se abre y el adsorbente seco aspira el vapor de agua. En el evaporador, el agua se evapora y genera frío, que puede usarse para aire acondicionado. .

Durante el proceso de absorción el calor se rechaza por lo cual tiene que ser disipado. .

En la última etapa, el condensado del líquido retorna al evaporador y el circuido se cierra. En orden de alcanzar una producción de frío continua dos adsorbedores trabajan en combinación, es decir, un adsorbedor des-absorbe mientras el otro adsorbedor genera frío por adsorción.
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Principios de construcción .

SorTech AG ha desarrollado y patentado dos principios de construcción, importantes para alcanzar un diseño de enfriadora compacto de peso ligero. .

Revestimientos de intercambiadores de calor de adsorbedor con silica gel. .

Silica gel típicamente se vende en pequeños pellets circulares con diámetro entre 1 y 3 mm. .

Generalmente, la transferencia de calor y masa en un lecho sólido de pellets de silica gel es muy baja. Por lo tanto, es crucial para realzar la densidad de potencia de las enfriadoras de adsorción aplicando el gel directamente en la superficie del intercambiador de calor del adsorbedor. .

En esta etapa se mejora considerablemente la transferencia de calor entre los pellets de silica gel y la pared del intercambiador de calor, la transferencia de masa entre los pellets de silica gel y las paredes del intercambiador de calor, y la transferencia de masa del vapor de agua en los poros de silica gel.

SorTech AG ha desarrollado el proceso que permite pegar la superficie del intercambio de calor con pellets de silica gel con ayuda de resina epoxi sin bloquear la entrada de los poros en los pellets. En general, a esta técnica pueden aplicarse todo tipo de gránulos. .

Construcción de auto-soporte compacto .

Uno de los mayores problemas de la construcción de enfriadoras de adsorción es la necesidad de diseñar un recipiente de vacío conteniendo los intercambiadores de calor del adsorbedor, el evaporador y el condensador.
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Las normas de diseño de recipientes a presión de vacío dan como resultado construcciones voluminosas y pesadas debido a la demanda de estabilidad contra la presión atmosférica. .

Para superar esta desventaja se desarrolló un diseño, donde los intercambiadores de calor y la construcción interna de la máquina se usa como soporte para la envolvente de adaptada para el vacío. Este uso dual permite aplica láminas metálicas de acero inoxidable delgadas para contener el vacío. Este diseño es muy simple y ligero por lo que conseguimos ahorrar material y volumen, lo cual es un paso importante para la construcción de una enfriadora de adsorción. .

La primera generación del producto .

Al comienzo de 2008, SorTech AG definió un primer producto denominado ACS 08, una máquina con una capacidad de enfriamiento de 7,5 kW y COP térmico de 0,56. El circuito enfriamiento trabajaba a 18/15 °C a 2.0 m³/h. .

La máquina puede también usarse bajo otras condiciones de temperatura. .

SorTech AG proporciona un programa Excel para el cálculo de la capacidad de enfriamiento y el COP bajo todas las condiciones de temperatura. .

El control de la enfriadora de adsorción se gestiona de esta forma, es fácil operar la máquina bajo carga parcial. El ciclo de adsorción-desorpción del sistema se ajusta automáticamente a la demanda de enfriamiento. Por lo tanto, bajo ciertas condiciones de temperatura no hay un valor único sino un rango de COP y capacidades de enfriamiento bajo las que trabaja la máquina.
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Diseño del sistema .

SolarNext AG ha desarrollado chillii® Solar Cooling Kits basasados por ejemplo en el chillii® STC8. El sistema de enfriamiento básicamente incluye colectores térmicos solares, almacenamiento de agua caliente, bombas, un anfrieaodr, un re-enfriador, almacenamiento de agua fría y control del sistema. Para el desarrollo de tal sistema de enfriamiento solar es indispensable usar un controlador para el sistema completo. .

El rango funcional del chillii® System Controller contiene el control de diferentes fuentes de calor (ej. Calor solar, calor de residuos CHP, etc.), el sistema de apoyo (ej. caldera de gas/oil o caldera de madera, o recuperador del calor de escape), la gestión del almacenaje, el agua caliente, la enfriadora y re-enfriamiento (ej. enfriador húmedo, seco e híbrido), además de los circuitos de calentamiento y enfriamiento. .

Así la eficiencia del sistema se alcanza con la generación de energía necesaria con prioridad en fuentes de energía regenerativas, con un funcionamiento de la enfriadora optimizado y refrigeración con control de velocidad de las bombas y el ventilador de re-enfriamiento.
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Costes .

El valor promedio de superficie de colector de los sistemas de refrigeración instalados en Europa (rango de capacidad pequeño a grande) es alrededor de 3 m²/kW. Un valor de 3,5 a 4,5 puede considerarse como un valor de referencia para absorción térmica a pequeña escala. .

Los costes totales específicos de los sistemas de refrigeración (sin costes de instalación y distribución del frío) están en Europa entre 5.000 y 8.000 €/kW (datos de 2008). Estos precios están bajando y se espera se sitúen a 3.000 €/kW.
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Bibliografía: Development and investigation of a compact silica gel/water adsorption chiller integrated in solar cooling systems. VII Minsk International Seminar “Heat Pipes, Heat Pumps, Refrigerators, Power Sources”, Minsk, Belarus, September 8–11, 2008 .
Palabras clave: Adsorption chiller, silica gel/water, solar cooling system, system controller.
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