DISEO DE UN EQUIPO DE AIRE ACONDICIONADO SOLAR DE USO DOMICILIARIO RUBN VALDERRAMA ZAPATA 0433338 UNIVERSIDAD DEL VALLE ESCUELA DE INGENIERAMECNICA SANTIAGO DE CALI 2010 II DISEO DE UN EQUIPO DE AIRE ACONDICIONADO SOLAR DE USO DOMICILIARIO RUBN VALDERRAMA ZAPATA 0433338 Proyecto de Grado presentado para optar al ttulo de Ingeniero Mecnico Director: Gerardo Cabrera, M.Sc. UNIVERSIDAD DEL VALLE ESCUELA DE INGENIERA MECNICA SANTIAGO DE CALI 2010 III Nota de Aceptacin Ing. Gerardo Cabrera Cifuentes, M.Sc. Director Rubn Valderrama Zapata Estudiante IV TABLA DE CONTENIDO CAPITULO 1: INTRODUCCIN8 1.1. JUSTIFICACIN DEL PROYECTO8 1.2. OBJETIVO GENERAL DEL PROYECTO8 1.3. OBJETIVOS ESPECFICOS DEL PROYECTO8 1.4. ANTECEDENTES9 CAPITULO 2: MARCO TERICO13 2.1. REFRIGERACIN POR ABSORCIN13 2.2. ETAPAS BSICAS DEL CICLO DE ABSORCIN14 2.3. EQUIPOS NECESARIOS PARA SISTEMA DE REFRIGERACIN POR ABSORCIN14 2.3.1. Generador14 2.3.2. Absorbedor15 2.3.3. Condensador16 2.3.4. Evaporador16 2.4. BASES TERICAS ENERGA SOLAR17 2.4.1. CONSTANTE SOLAR17 2.4.2. RADIACIN NORMAL EXTRATERRESTRE17 2.4.3. RADIACIN SOLAR SOBRE LA SUPERFICIE TERRESTRE18 2.4.4. CALCULO DE LA RADIACIN DIRECTA SOBRE UNA SUPERFICIE HORIZONTAL21 2.4.5. ESTIMACIN DE LA RADIACIN DE UN DA DESPEJADO21 2.4.6. MEDICIN DE LA RADIACIN SOLAR23 2.4.7. CAPTACIN DE ENERGA SOLAR24 2.4.8. RAZN DE CONCENTRACIN24 2.4.9. CONCENTRADOR PARABLICO COMPUESTO (CPC)25 CAPITULO 3: DISEO27 3.1. PARMETROS DE DISEO27 3.2. PERDIDAS EN LAS TUBERAS DE ALIMENTACIN DE FANCOIL29 3.2.1. Calculo de la carga trmica del evaporador30 3.3. DISEO DEL CICLO TERMODINMICO30 3.3.1. Calculo de flujos msicos en el ciclo32 3.3.2. Calculo de flujos de calor en el ciclo33 3.4. DISEO DE EQUIPOS COMPONENTES DEL SISTEMA DE ABSORCIN34 3.4.1. Evaporador:34 3.4.2. Absorbedor:35 3.4.3. Generador.35 3.4.4. Condensador.37 3.4.5. Bomba.38 3.5. DISEO DEL CAMPO DE CAPTACIN38 3.5.1. Diseo del colector:39 3.5.2. Calculo Sistema de Bombeo42 3.6. CALCULO SISTEMA AUXILIAR DE ENERGA43 3.6.1. Sistema trmico auxiliar43 V 3.6.2. Calculo Sistema fotovoltaico43 3.7. SISTEMA DE CONTROL.47 CAPITULO 4: ANLISIS AMBIENTAL - ECONMICO Y TCNICO48 4.1. ANLISIS AMBIENTAL48 4.1.1. Generacin de energa elctrica en termoelctricas48 4.1.2. Impacto de los refrigerantes en el ambiente48 4.2. ANLISIS ECONMICO50 4.2.1. Costos de funcionamiento52 4.2.2. Costos de adquisicin52 4.3. ANLISIS TCNICO54 CONCLUSIONES55 TRABAJOS FUTUROS57 REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS58 APNDICE A: TABLAS Y GRAFICO61 APNDICE B: PLANOS DE CONSTRUCCIN66 VI NDICE DE FIGURAS Figura N 2.1: Esquema simplificado de una maquina de absorcin. 13 Figura N 2.2: Esquema simplificado de generador.15 Figura N 2.3: Esquema del absorbedor.16 Figura N 2.4: Esquema de condensador.16 Figura N 2.5: Esquema de evaporador de carcasa y serpentn.17 Figura N 2.6: Esquema de las diferentes coordenadas de ubicacin20 Figura N 2.7: Foto de un piranmetro.23 Figura N 2.8: Colector solar cilndrico parablico compuesto.25 Figura N 3.1: Fancoil HITECSA FPW127 Figura N 3.2: Esquema Fancoil Evaporador27 Figura N 3.3: Configuracin del ciclo de absorcin28 Figura N 3.4: Balance Masa Absorbedor32 Figura N 3.5: Balance Masa y Energa Generador33 Figura N 3.6: Balance Masa Absorbedor34 Figura N 3.7: Esquema del absorbedor35 Figura N 3.8: Esquema del generador37 Figura N 3.9: Grundfos modelo DME38 Figura N 3.10: Balance de energa receptor del colector39 Figura N 3.11: Colector Solar40 Figura N 3.12: Rosa de Vientos para Cali40 Figura N 3.13: Esfuerzo Von Mises base colector41 Figura N 3.14: Quemador Krom Schroder Modelo ZKIH43 Figura N 3.15 Curva Consumo Elctrico44 Figura N 3.16: Panel solar46 Figura N 3.17: Regulador ISOLER D1046 Figura N 3.18: Inversor ISOVERTER 250/1247 Figura N 3.19: Regulador de temperatura OSAKA OK3147 Figura N 4.1: Tiempo de amortizacin distintos estratos sociales en Cali.53 Figura N A1: Grafico entalpa vs. Concentracin de amoniaco en solucin.65 VII NDICE DE TABLAS Tabla N 2.1: Factores de correccin para algunos climas22 Tabla N 3.1: Caractersticas Fancoil27 Tabla N 3.2: Estados del ciclo termodinmico32 Tabla N 3.3: Caractersticas Evaporador34 Tabla N 3.4: Tabla de consumo elctrico43 Tabla N 3.5: Especificaciones del panel46 Tabla N 4.1: Propiedades relevantes del amoniaco50 Tabla N 4.2: Lista de precios53 Tabla N A1: Superficie de calefaccin y Refrigeracin de las maquinas de absorcin por cada 1000 kCal/h61 Tabla N A2: Toneladas mtricas de refrigeracin mximas para tuberas conductoras de amoniaco.61 Tabla N A3: Propiedades solucin agua-amoniaco a presin 3.412 Bar62 Tabla N A4: Propiedades solucin agua-amoniaco a presin 15.553 Bar 62 Tabla N A5: Propiedades del liquido y vapor saturados para el amoniaco64 8 CAPITULO 1: INTRODUCCIN 1.1. Justificacin del proyecto La refrigeracin y el acondicionamiento de espacios es una labor muy importante enlaconservacindealimentos,confortabilidaddelaspersonasyprocesos bioqumicos;lossistemasdeacondicionamientodeaire,conllevanconsumo energtico cuyas fuentes tradicionales escasean. El inminente agotamiento de los combustibles fsiles, que son la ms importante fuente de energa en el mundo, obliga a la ciencia y a la ingeniera aprovechar al mximo aquellos recursos que puedan producir energas ms amigables con el ambiente, como lo es el Sol. El confort y la calidad de vida son importantes tanto paraelbienestarcomoparalaproduccin,yporesoesimportanteaplicar nuevastecnologasenelacondicionamientodeespacios,quepermitandeuna manera eficiente y limpia tener un confort sin hacerle dao al ambiente. Elconsumodeenergaelctricaparaelconfortseelevaentemporadasde calor, lo que conlleva a altos costos econmicos e influye en el agotamiento de recursosdeenerga.ElusodelSolcomofuentedeenergaen acondicionamientodeaire,producegrandesbeneficiosenlaeconomayel ambiente.Ademsdetenerladisponibilidadderadiacintrmicasolar, precisamente en pocas calurosas.

Por todo lo anterior se ha pensado en disear un aire acondicionado que trabaje con un ciclo de absorcin y como fuente primordial de energa, sea elSol para uso domestico con 2 kW de carga de enfriamiento. El principio en que se basar eldiseo,tieneunabasetericabiencimentada,ysutcnicatienedesarrollo suficiente para este proyecto. El proyecto se desarrolla dentro del grupo de desarrollo y difusin de tecnologas alternativas de la Universidad del Valle. 1.2. Objetivo General del proyecto Disear un sistema de aire acondicionado solar de uso domiciliario de 2 KW de carga de enfriamiento 1.3. Objetivos Especficos del proyecto -Determinarlaconfiguracinbsicadelsistemadeacondicionamientode aire. -Determinarycalcularlossistemascomponentesdelamquinade absorcin de simple efecto que funcione con amoniaco. 9 -Disear el sistema de captacin solar. -Determinar los sistemas restantes identificados. 1.4. Antecedentes Sonvarioslostrabajosrealizadospreviamentesobrediseodeaire acondicionadossolares,sepresentanacontinuacinlosqueajuiciosonms pertinentes: -Diseo de una instalacin de refrigeracin solar por absorcin.Carmen GranadosyMarcosLucena.InstitutoNacionaldeTcnicaAeroespacial Mazagn,Huelva,Espaa.readeEnergaRenovables.Setratadel diseodelainstalacindeaireacondicionadosolar,ubicadaenlas instalacionesdelDepartamentodeEnergasRenovablesdelInstituto NacionaldeTcnicaAeroespacialenelCentroExperimentaldeEl Arenosillo,enMazagn,provinciadeHuelvaenEspaa.Elsistema bsicamenteconstadeunamquinadeabsorcin,conunapotencia frigorficade10kW,juntoconunsistemadeaportedeenergatrmica necesarioparaelfuncionamientodelciclodeabsorcin.Estafuentede calorestformadaporunconjuntodecaptadoressolarestrmicosque transforman la energa incidente en forma de radiacin en energa interna delfluidocaloportadorque,enestecaso,esagua.Bajocondicionesde diseolaenergasuministradaporelsolatravsdeestecampode captacin es de 27 kW. Tambin tiene un sistema auxiliar de energa para usar en aquellos momentos en los que la oferta de sol no sea suficiente o nocoincidaconlademandadefro,lacualesunacalderaqueproduce 45 kW. [1]

-SistemadeclimatizacinsolarporabsorcindeledificiodeCARTIF. Marta Poncela Blanco, Jos Ignacio Daz Garca, Lus ngel Bujedo Nieto yPedroCaballeroLozano.ParqueTecnolgicodeBoecilloCARTIF, ValladolidEspaa.Sedescribelasolucinempleadaparaeldiseoy puestaenmarchadelsistemaderefrigeracinsolarporabsorcindel Edificio del CARTIF, as como la solucin para la realizacin del control y supervisindelsistema.Lainstalacintieneunamaquinadeabsorcin YAZAKI WFC10, de simple efecto, alimentada por agua con una potencia frigorficade34.9kW.Elsistemadecaptacinestaformadopordos camposdecolectoresdiferentes,unode15colectoresplanosyotrode 20 colectores de vaci; ambos campos de colectores estn ubicados en la azotea del edificio. La energa producida por los campos de colectores se emplea,enelinvierno,paraalimentarlossistemasdeACS,suelo radianteybombasdecalor.Elsistemaderefrigeracintambindispone de una acumulacin de agua fra de 1000 litros. [2] 10 -Design and performance of a solar-powered air-conditioning system in a greenbuilding.X.Q.Zhai,R.Z.Wang,J.Y.Wu,Y.J.DaiandQ.Ma. Instalacinydiseodeunsistemadeaireacondicionadosolarcon sistemadeabsorcineneledificioShanghaiResearchInstituteof BuildingScience.Elsistemadecaptadoresconsistede150m2en colectoresydosmaquinasdeabsorcinconcapacidadnominalde refrigeracin de 8.5 kW. El desempeo de operacin del sistema bajo las condicionesdetrabajorepresentativasmuestranunasalidade refrigeracinpromediodelsistemaderefrigeracinsolarfuede15.3kW durante8horasdeoperacinyelmximovalorexcedilos20kW.La fraccinsolarparaelsistemaenveranofuedel71.7%,loque correspondealacargaderefrigeracindediseo.Comparadaconla temperaturaambiente,fuededucidaquelaintensidadderadiacinsolar tuvounadistintainfluenciasobreeldesempeodelsistemadeaire acondicionado solar. [3] -Solar air conditioning in European overview. Constantinos A. Balaras, GershonGrossman,Hans-MartinHenning,CarlosA.InfanteFerreira, ErichPodesser,LeiWangandEdoWiemken.Estudioquemuestralos principalesresultadosdelproyectoSACE(SolarAirConditioningin Europe). Tambin muestra el estado del arte, las necesidades en el futuro y los prospectos globales de la refrigeracin solar en Europa. Un grupo de investigadoresde5paseshanencuestadoyanalizadocercade50 proyectos de refrigeracin solar en diferentes zonas climticas. El artculo presenta un repaso del estado del arte y potencial de la refrigeracin solar asistida y de las tecnologas en aire acondicionado. El potencial de ahorro energticoylimitacionesdelaireacondicionadosolartrmicoen comparacinconlastecnologasconvencionalessonilustradosy discutidos. [4] -Workingfluidconcentrationmeasurementinsolarairconditioning systems. R.J. Romero, M.A. Basurto-Pensado, A.H. Jimnez-Heredia and J.J. Sanchez-Mondragn. Propusieron un sistema de medicin por medio deunatcnicaptica paradeterminarlaconcentracin acuosacorrosiva de la solucin bromuro de litio en un rango de temperaturas desde 25 C hasta70C.Elsistemademedicinestabasadoenelndicede refraccindelasolucinylacorrelacindedatos,avariosvaloresde temperaturas y concentraciones. Este trabajo presenta un mtodo directo paralamedicindeconcentracindelquidoscorrosivosytambin muestra la correlacin entre 3 parmetros: ndice refractivo, temperatura y concentracindepeso.Estascorrelacionespuedenserusadaspara desarrollar un dispositivo ptico para sistemas de control y mejoramiento de la eficiencia de sistemas de aire acondicionado solar. [5] 11 -Technologyanddevelopmentinthesolarabsorptionair-conditioning systems.Z.F. Li and K. Sumathy. Articulodonde se comentan sobre las tecnologasexistentesderefrigeracinporabsorcinysusrespectivas variacionesyrendimientoscomparadosconlosciclosderefrigeracin tradicionales.Tambinsehaceunanlisisdelosdiferentestiposde colectoressolaresquehayenelmercadoyporultimoseanalizanlos inconvenientes y ventajas que tiene estos sistemas de refrigeracin solar. Elarticulomuestraloscomponentesbsicosdelosciclosdeabsorcin, consusrespectivasmodificacionesysuscomportamientosdepresiny temperatura en diagramas P vs. T. [6] -Perspectivesofsolarcoolinginviewofthedevelopmentsintheair-conditioningsector.A.M.Papadopoulos,S.OxizidisandN.Kyriakis.Se comenta el crecimiento de la demanda en el consumo de sistemas de aire acondicionadoanivelglobal,debidoalcalentamientoglobalyel exagerado consumo de energa elctrica debido al uso de los equipos de acondicionamientodeairetradicionales.Tambinsehaceelanlisisde ventajasydesventajasdelosequiposdeacondicionamientodeaire tradicionalesylosimpactosambientalesqueproducen.Porultimose muestralastecnologasexistentesderefrigeracinsolarysehacenun anlisis terico del funcionamiento de los diferentes ciclos como lo son los de absorcin y adsorcin, con sus respectivos diagramas esquemticos y de P vs. T. [7] -Experimentalstudiesonasolarpoweredairconditioningsystemwith partitioned hot water storage tank. Z.F. Li and K. Sumathy. Este artculo reportaelfuncionamientodeunsistemadeaireacondicionadosolarpor absorcin con 2 tanques de almacenamiento partidos de agua caliente. El sistemaempleauncolectordeplatoplanoconunreadecaptacinde 38m2quellevanLiBr-H2Oaunamaquinadeabsorcinde4.7kWde capacidadderefrigeracin.Elsistematienedostanquesde almacenamiento (2.75 m3), los cuales estn partidos en 2 partes. La parte masaltatieneunvolumencercanoauncuartodeltanqueentero.El desempeode estesistema modificado es presentadoycomparadocon eldiseodelsistemaconvencional.Elestudioreveloqueelefectode refrigeracin solar puede ser realizado cerca de 2 horas mas rpido por el sistemaoperandoenmodopartido.EnestesistemaelCOPes0.07,el cual es 15% ms alto que los sistemas tradicionales de tanque completo. Losresultadosexperimentalestambinmostraronquedurantedas nublados,elsistemanopodaproveerelefectoderefrigeracin,conel sistemaconvencional,sinembargoenelsistemapartidolamaquinade absorcinpodaserenergizada,usandoenergasolarcomolanica fuente de calor. [8] 12 -Dynamic modelling and simulation of a new air conditioning prototype by solarenergy.ChaoukiAlia,HabibBenBachaa,MounirBaccarb,ArefY. Maalej.Estetrabajopresentaunnuevodiseodeunprototipodeaire acondicionadoporenergasolardesarrolladoenellaboratoriode sistemaselectromecnicosdeNationalEngineeringSchoolofSfax, Tnez. El nuevo concepto permite la produccin de calor y fri con el uso de la energa solar sin contaminar el ambiente. La instalacin, compuesto de4compartimientos,consistede3modosdefuncionamientode acuerdoalaestacindelaoyalascondicionesclimticas.Unmodelo numricoesdesarrolladoparaestudiarelcomportamientodelaunidad. Estemodeloutilizadatosmeteorolgicosrealesparapredecirel desempeotrmicosolardelsistema.Elmodelamientodinmicoyla simulacin de los modos de funcionamiento (modo de invierno y modo de verano sin pre-enfriamiento de aire) son presentados en este artculo. [9] -Memorias: Primer seminario de agroindustria no alimentara., G. Cabrera. ExposicinrealizadaporelprofesorGerardoCabreradelaescuelade IngenieraMecnicadelaUniversidaddelValleenelseminariode agroindustrianoalimentararealizadoenlaUniversidaddelCaucaenla ciudaddePopayn.Enlaexposicinrealizadasedejaronclaros conceptosbsicossobrerefrigeracinsolarylasposibilidadesde desarrolloquetieneColombiaenestecampoporsuscondiciones climticasyderadiacinsolar.Entrelosconceptosestnlosciclosde refrigeracin tradicionales y los de refrigeracin solar diferencindolos en sufuncionamientoyconfiguracin.Tambinsediounainduccindela tecnologa de concentradores solares y celdas fotovoltaicas. [10] -Enfriadora solar por absorcin de expansin directa y condensacin por aire. Mahmoud Bourouis, Alberto Coronas. En este artculo se presenta un nuevo diseo de una enfriadora de agua de absorcin de simple efecto accionada con energa solar trmica, utilizando la nueva mezcla de trabajo agua+ LiBr+LiI+LiNO3+Lic. (5:1:1:2 molar). Esta solucin acuosa con cuatro sales presenta propiedades termofsicas interesantes para los sistemas de absorcin: menor corrosividad, mayor solubilidad al ser su temperatura de cristalizacin 35 K ms baja que la del agua-LiBr. Por ello esta mezcla de trabajo es adecuada para el desarrollo de equipos de absorcin enfriados por aire. Los estudios previos han permitido disear un absorbedor de 6.5 kW de potencia para su implementacin en un climatizador solar por absorcin y enfriado por aire, de 5 kW de potencia frigorfica. [13] 13 CAPITULO 2: MARCO TERICO 2.1. Refrigeracin por absorcin La primera mquina de refrigeracin por absorcin fue patentada en 1834 por J. Perkins,yconsistaenunamquinaqueutilizabater.Laideabsicadela refrigeracinporabsorcinconsisteensustituirlacompresinmecnicadel vapor por una absorcin de ste en una disolucin. Una de las ventajas de ste mtodo es que el coste energtico es mucho menor. Para liberar el vapor de la disolucincomprimidadebesuministrarsecalor.Encambio,elrendimientoes inferior al conseguido mediante el mtodo de compresin. [11] Desdeelpuntodevistaprctico,elconjuntoformadoporelevaporador,el condensador y la vlvula de expansin se mantiene igual que en la mquina de compresin.Lanicadiferenciaestenlasustitucindelcompresorporun sistema absorbedor-generador. Los componentes bsicos del ciclo de absorcin se muestran en la figura N2.1. En el generador, que suele ser una columna de destilacin,existeunamezclalquidaformadaporunlquidoabsorbenteyun vaporrefrigerantedisueltoenl.Preferiblementedichosfluidosdebentener temperaturasdeebullicindiferentes.Comomezclasdetrabajorefrigerante-absorbentesesueleutilizarcomercialmenteamoniaco-aguaobromurodelitio-agua. La primera mezcla se utiliza para temperaturas de evaporacin inferiores a 0 C, y la segunda para temperaturas superiores. Figura N 2.1: Esquema simplificado de una maquina de absorcin. [11] 14 Cuandosesuministracalorenelgeneradorseproducenvaporesdeambos fluidos(destilacin).Dichosvaporessonadecuadamenteseparados.Asel vapor refrigerante, a alta presin y temperatura,pasa al condensador donde se enfra y pasa a estado lquido. Mediante una vlvula se disminuye su presin, y pasaalevaporadordondesevaporizayextraecalordelmedioarefrigerar.El vapor pasa al absorbedor, donde es absorbido por una gran cantidad de lquido absorbenteexistenteenelmismo,queprocededelgeneradormedianteuna vlvulaquedisminuyesupresin.Esteaportedevaporhacequelamezcla lquido-vapor se caliente, y debe ser refrigerada mediante una corriente de agua fra. La mezcla enfriada es enviada de nuevo al generador mediante una bomba, donde vuelve a ser destilada. [11] 2.2. Etapas bsicas del ciclo de absorcin Generacin:Seproduceelvaporrefrigeranteylasolucinconcentrada,por calentamiento y evaporacin de la solucin diluida en el generador. Condensacin:Elvaporrefrigerantesecondensaenelcondensador transfiriendo calor al medio de condensacin. Evaporacin: El lquido refrigerante, producido en la segunda etapa, entra en el evaporador donde es expuesto a un nivel bajo de presin y se vaporiza, robando el calor latente de vaporizacin y produciendo as el efecto fro. Absorcin:Lasolucinconcentrada,formadaenlaprimeraetapa,sedispersa sobreelintercambiadorpordondecirculaelaguadecondensacin producindoseunabajapresinyabsorbiendofinalmenteelvaporrefrigerante producido en la tercera etapa. 2.3.Equiposnecesariosparasistemaderefrigeracinpor absorcin Loselementosnecesariosenunsistemaderefrigeracinporabsorcinsern brevementedescritosenestaseccinparaqueposteriormentesedetalleel diseopreliminardecadauno.Conestacortaexplicacinsepretende caracterizardemaneragenerallatareaquedeberdesempearcadaunode los dispositivos que se requieren. 2.3.1. Generador Enestecomponenteseaplicalaenergatrmicapararestablecerla concentracin de la solucin al hacer evaporar al amoniaco y recuperar el agua. Paralograrunaseparacineficienteesnecesarioutilizarunacolumnade rectificacinogenerador(figuraN2.2).steconstadeunaseriedeplatos perforadosounempaquequeseutilizaparasepararloscomponentesdeuna 15 mezclaentrelasfaseslquidoyvapor.Generalmenteladestilacinseutiliza cuandotodosloscomponentesdelamezclaasepararsonrelativamente voltiles,porejemplosolucionesdeamoniaco,alcoholetlico,etc.Lacolumna consisteenunaestructuracilndricadivididaenseccionesporunaseriede platosperforadosquepermitenelflujoascendentedevapor.Elflujolquido gotea a travs de cada plato descendiendo por un vertedero y un rebosadero al plato inferior. El vapor procedente del plato ms alto pasa a un condensador, y el lquidoresultantevaaunacumulador,dondeseretirapartecomoproductoo destiladoyotraporcinsebombeaalapartesuperiordelacolumnacomo reflujo. El lquido de la parte inferior de la columna se transforma a la fase vapor utilizandounintercambiador.Ellquidoprocedentedelacolumnasalecomo producto de los fondos o residuo y la mayor parte del componente voltil vuelve a la columna en forma de vapor. Figura N 2.2: Esquema simplificado de generador.[36] 2.3.2. Absorbedor Estedispositivotienecomoobjetivoponerencontactodoscorrientespara fusionarlas. Este proceso se conduce por medio de un tanque de mezclado. La alimentacindelacorrientericaenamoniacodebederealizarseporlaparte baja del tanque mientras que la solucin pobre de amoniaco es alimentada por la parte superior (figura N 2.3). Esto es para evitar que el amoniaco escape en forma de gas sin disolverse en la solucin pobre. 16 Figura N 2.3: Esquema del absorbedor.[36] 2.3.3. Condensador Setratadeunelementoenelcualelvapordeamoniacoqueseobtuvodel generadorsecondensapormediodeunintercambiadordecalor,pasaala vlvuladeexpansinyposteriormentesedescargaenelevaporador.Se recomiendaunintercambiadordetubosconaletas(figuraN2.4)expuestoal medio ambiente para retirar el calor con el flujo natural de aire. Figura N 2.4: Esquema de condensador.[36] 2.3.4. Evaporador Esteequipoesunintercambiadordecalorenelcualelrefrigerantecambiade fase y enfra el espacio a refrigerar. Los evaporadores para refrigeracin pueden ser clasificados de acuerdo al mtodo de alimentacin como expansin directa o porinundacin.Enelprimercaso,lasalidadelevaporadoresunvapor ligeramentesobrecalentadoquesealimentaencantidadespequeaspara asegurar la vaporizacin completa al final del equipo. En el caso del evaporador porinundacin,lacantidadderefrigeranteexcedelacantidadevaporada.La decisin depende del diseo. Un evaporador de expansin directa generalmente se utiliza en sistemas pequeos con diseos compactos y requiere de equipo de control de flujo con una vlvula de termo expansin o un tubo capilar. La figura N 2.8 se ilustra el funcionamiento de un evaporador de carcasa y serpentn. 17 Figura N 2.5: Esquema de evaporador de carcasa y serpentn.[26] 2.4. Bases Tericas Energa Solar 2.4.1. Constante solar Se estima que la temperatura en el interior del Sol debe ser del orden de 107 K, peroenlafotosfera,esdecir,enlasuperficieexternadelSol,latemperatura "efectivadecuerponegro"estaentre5762Kyalrededorde6300K.Enel campodelaingeniera,laemisindeenergadelSolpuedeconsiderarse constante.Laradiacinquealcanzaellmitedelaatmsferavaria,alvariarla distancia tierra Sol, su promedio se llama constante solar (Gsc). Gsc = 1353 W/m2 Este valor fue aceptado por la NASA (1971) y por la ASTM. 2.4.2. Radiacin normal extraterrestre Como la rbita que describe la Tierra alrededor del Sol no es circular, sino cuasi elptica.Lapequeaexcentricidaddelarbitahaceque,alrededordel4de enero, cuando la Tierra se encuentra en el perihelio (mnima distancia al Sol) la radiacin solar extraterrestre sea mxima. Por otro lado, alrededor del 1 de julio laTierraseencuentraenelafelio(mximadistanciaalSol)yentoncesla radiacinsolarextraterrestreesmnima.Laecuacin2.1,describeelflujode energa sobre un plano normal a la radiacin solar extraterrestre, a lo largo de un ao. ((

+ =365360cos 033 . 0 1nG Gsc onEc. 2.1 18 en donde Gon es el flujo de radiacin extraterrestre, medida en un plano normal a la radiacin, y n es el nmero de da del ao. [27] 2.4.3. Radiacin solar sobre la superficie terrestre La radiacin solar sufre ciertas transformaciones al incidir sobre la atmsfera; se conocecomoradiacindirecta,laquellegadirectamentedelSol,sinsufrir ningunadispersinatmosfrica.Laradiacinextraterrestrees,portanto, radiacindirecta.Generalmenteseusaelsubndice"b"paraindicarradiacin directa, por el trmino que se utiliza en ingls: beam (haz, rayo). LaradiacindifusaeslaquellegadelSol,despusdeserdesviadapor dispersin atmosfrica. Suele utilizarse el subndice "d" para la radiacin difusa. Porotrolado,seconocecomoradiacinterrestrelaqueprovienedeobjetos terrestres, por ejemplo, la que refleja una pared blanca, un charco o un lago, etc. Laradiacintotal,eslasumadelasradiacionesdirecta,difusayterrestreque llega a una superficie. Para expresar la potencia solar y en general, de cualquier radiacinse utilizaeltrminoirradiancia.La irradiancia, W/m2, eslarapidezde incidenciadeenergaradiantesobreunasuperficie,porunidadderea. Generalmenteseusa elsmboloGparalairradiancia,juntoconlossubndices adecuados: Go, Gb, Gd, para la irradiancia extraterrestre, directa, difusa, etc. Cuandoincidelaradiacinsobreunplano,duranteuntiempodeterminado, puedehablarseentoncesdequeincidiunaciertacantidaddeenerga.La cantidaddeenerga,porunidadderea,queincideduranteunperodode tiempodado,recibeelnombredeirradiacin,J/m2,ynoesotracosaquela integraldelairradianciaduranteelperodoencuestin.Deacuerdoconlo anterior,larelacinentrelairradiacinylairradianciaestdadaporla expresin: }=21) (ttdt t G I Ec. 2.2 en donde la irradiacin se est calculando desde el tiempo t1 hasta el tiempo t2 y la irradiancia se considera funcin del tiempo. Elflujodeenergasobreunasuperficiedeterminadadependenoslodela irradianciaqueexista,sinotambindelaorientacinquetengalasuperficie respectodeladireccindepropagacindelaradiacin.Lairradianciaser mximasobreunplanoqueestenposicinnormalaladireccinde propagacindelaradiacin.Laintensidadderadiacinsobrelasuperficie depender pues, del ngulo que forme la normal de la superficie, respecto de ladireccindepropagacindelaradiacin.Estenguloseconoceconel nombredengulodeincidencia.Entonces,lairradianciaincidentesobrela superficie ser: 19 u cosn TG G = Ec. 2.3 en donde GT se refiere a la irradiancia sobre un plano con cualquier inclinacin (de"tilted")yGnserefierealairradianciamedidasobreunplanonormalala direccin de propagacin de la radiacin. Siseconocelairradiancianormal,porejemplo,laconstantesolarGscesuna irradiancianormalyseconoceelngulou ,mediantelaecuacinanteriorse puedecalcularlairradianciasobreunplanoconcualquierinclinacin.Comoel Sol describe un movimiento aparente a lo largo del da, y otro a lo largo del ao, elvalordelngulovaraconlafechaylahora,ademsdehacerloconla orientacindelplano,suinclinacinrespectodelahorizontalylalatitud geogrfica del lugar donde se encuentre el plano en cuestin.Por lo anterior se emplear la siguiente nomenclatura: Simboliza la latitud geogrfica, esto es, la posicin angular del lugar en donde se encuentre el plano en cuestin, respecto del ecuador terrestre, positivo en el hemisferio norte. -90 <