Sistema experimental de refrigeración de absorción Solar con colector de concentrado
18 de octubre de 2017
Con la energía solar como la fuerza impulsora, un sistema de refrigeración de la adsorción de novela ha sido desarrollado e investigado experimentalmente. Vapor de agua y zeolita forman el par de funcionamiento del sistema de adsorción. Este manuscrito describe la configuración de la plataforma experimental, el procedimiento de operación y los resultados importantes.
El objetivo general de este experimento es estudiar el rendimiento de refrigeración de un sistema de adsorción solar con un colector solar. Este método puede ayudar a responder preguntas clave en el campo del enfriamiento por adsorción solar, como cómo mejorar el coeficiente de rendimiento y el enfriamiento específico de la potencia del sistema. La primera vez que tuvimos una idea para este método fue hace unos años, cuando consideramos cómo reducir el entorno de enfriamiento haciendo uso de la energía solar.
Este es el sistema de refrigeración por adsorción solar en el campus de la Universidad Tecnológica de Beijing. Un componente principal es un lecho de adsorción en el foco de un colector de canal solar, con un dispositivo de seguimiento solar. El lecho está conectado a un condensador y a un evaporador.
El evaporador está asentado en un tanque de agua que será enfriado por el sistema. Un circuito de agua circulante puede enfriar el lecho de adsorción. Las conexiones entre estos elementos se encuentran en este esquema.
El lecho de adsorción está conectado al evaporador y al condensador mediante tubos. Un manómetro controla la presión en el tubo del lecho de adsorción. Una válvula puede aislar el lecho de adsorción.
Para liberar el vapor de agua del lecho de adsorción, abra esta válvula y la del condensador. Cierre la válvula del condensador y abra la válvula del evaporador cuando sea el momento de que el lecho de adsorción absorba el vapor de agua. Una bomba establece un vacío en la tubería, conectando el evaporador del lecho y el condensador.
Cuando es necesario, el circuito de circulación de agua enfría el lecho de adsorción. Los detalles del lecho de adsorción se encuentran en este esquema. Hay un tubo de vidrio exterior.
Es concéntrico con el tubo adsorbente solar. Entre los dos hay un vacío. Dentro del tubo de adsorción solar hay un tubo de cobre concéntrico para el sistema de enfriamiento de agua.
Esta sección transversal revela que hay un canal de transferencia de masa fuera del eje central. La región entre el tubo de adsorción solar y los tubos interiores está llena de material adsorbente con agua como refrigerante. Hay sondas de temperatura en el material adsorbente en diferentes puntos del sistema.
Dos están a 140 milímetros de un extremo del sistema. Cinco están dispuestos en el centro del sistema. Dos más están a 140 milímetros del otro extremo del sistema.
Para comenzar el ciclo que da como resultado la refrigeración, comience con el canal solar alineado para seguir al sol. Ajuste manualmente el canal para maximizar su exposición al sol, luego muévalo para aislar el lecho de adsorción y asegurarse de que la presión del lecho y el tubo esté por debajo de 800 pascales. Para ello, cierre la válvula conectada a él.
Asegúrese de que todas las válvulas estén cerradas y que no circule agua de refrigeración, luego encienda el controlador para el sistema de seguimiento solar. Con el tiempo, el sistema rastrea el sol, que calienta el lecho de adsorción saturado de agua en condiciones cerradas. A medida que el canal se mueve, controle la presión del lecho con el manómetro.
Espere una presión superior al valor de la temperatura de condensación del ambiente. A una presión adecuada, inicie el proceso de desorción. Abra las válvulas que permiten una conexión entre la cama y el condensador.
A medida que fluye el vapor de agua, mantenga el calentamiento solar en el lecho de adsorción. Cuando las presiones del lecho y del condensador sean las mismas, cierre las válvulas entre el lecho y el condensador. A continuación, obtenga una lámina de papel de aluminio, suficiente para cubrir el lecho de adsorción.
Utilícelo para proteger el tubo de la radiación solar, con el fin de iniciar el proceso de adsorción. Abra el circuito de circulación de agua para enfriar el material adsorbente. Controle la presión del lecho para identificar cuándo está por debajo de la presión de vapor saturado del evaporador.
En ese punto, abra las válvulas entre el lecho y el evaporador. Deja que el vapor de agua se precipite hacia la cama. Continúe el proceso de adsorción y registre el cambio en la temperatura y la presión de la cama.
Cuando el lecho y el evaporador tengan presiones iguales, cierre las válvulas que conectan los dos. Luego, detenga el flujo en el circuito de agua. Finalmente, retire el bloque de papel de aluminio sobre el tubo de adsorción para iniciar el proceso de desorción.
Estos datos provienen de los nueve sensores de temperatura a lo largo del proceso de adsorción, utilizando zeolita SAPO-34. Los gráficos son para los sensores más cercanos al evaporador, en el centro de la varilla y más alejados del evaporador. Trazados en conjunto, los datos demuestran que la adsorción en diferentes secciones comienza casi al mismo tiempo.
Esto sugiere que la capacidad de transferencia de masa de SAPO-34 es buena. El sistema de refrigeración por agua evitó que las temperaturas aumentaran después de unos 400 a 600 segundos de adsorción, excepto en el extremo más alejado del tubo. Los diferentes materiales de adsorción tienen diferentes propiedades de transferencia de calor.
Estos datos compararon las temperaturas de la zeolita SAPO-34 en azul y la zeolita ZSM-5 en rojo durante la desorción. Los datos de intensidad solar para los dos ensayos diferentes no sugieren una gran diferencia en el calentamiento. A pesar de esto, el aumento de temperatura en la zeolita ZSM-5 fue de 32 grados centígrados, mientras que el de la zeolita SAPO-34 fue de 17 grados centígrados.
El ZSM-5 tiene mejores características de transferencia de calor en comparación con el SAPO-34. La medición de la temperatura del tanque de agua enfriada del evaporador revela que los diferentes materiales de adsorción tienen una diferencia de rendimiento. Con la zeolita SAPO-34, la temperatura disminuyó rápidamente y luego se desaceleró.
El cambio de temperatura con la zeolita ZSM-5 fue relativamente suave en todo momento. La ventaja de esta técnica es que el refrigerante maléfico se enfría a través de la mejora de la transferencia en el lecho de adsorción solar. Por lo tanto, este método proporciona información sobre las técnicas de adsorción solar.
También puede ser una luz en otros sistemas, como el aire acondicionado. Un dominio de esta técnica puede llegar a ser tuyo si se realiza correctamente. Después de ver este video, debe tener una buena comprensión de cómo realizar la refrigeración, utilizando solo energía solar como proceso.
No olvide que trabajar con el lecho de adsorción a altas temperaturas puede ser extremadamente mortal y las precauciones, como mantener la distancia de la cama, siempre deben tomarse mientras se realiza el procedimiento.
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Resumen
Este estudio investiga el rendimiento frigorífico de un sistema de refrigeración por adsorción solar que utiliza energía solar. El sistema emplea vapor de agua y zeolita como par de trabajo, con el objetivo de mejorar la eficiencia de refrigeración.
Componentes Clave del Estudio
Área de la ciencia
- Aplicaciones de energía solar
- Tecnología de refrigeración
- Sistemas de adsorción
Antecedentes
- El experimento se lleva a cabo en la Universidad de Tecnología de Pekín.
- Se utiliza un colector solar de tipo canal para aprovechar la energía solar.
- El sistema incluye un lecho de adsorción, un condensador y un evaporador.
- Se implementa tecnología de seguimiento solar para un rendimiento óptimo.
Objetivo del estudio
- Evaluar el rendimiento de refrigeración del sistema de adsorción solar.
- Responder preguntas clave sobre la refrigeración por adsorción solar.
- Mejorar el coeficiente de funcionamiento y la potencia específica de enfriamiento.
Métodos Utilizados
- Configuración experimental del sistema de refrigeración por adsorción solar.
- Procedimientos de operación del sistema.
- Recolección de datos sobre métricas de rendimiento.
- Análisis de resultados para determinar mejoras en la eficiencia.
Resultados principales
- Funcionamiento exitoso del sistema de refrigeración solar por adsorción.
- Métricas de rendimiento mejoradas en comparación con los sistemas tradicionales.
- Conocimientos sobre la eficiencia del par de trabajo (vapor de agua y zeolita).
- Recomendaciones para futuras mejoras en la tecnología de enfriamiento solar.
Conclusiones
- El sistema de refrigeración por adsorción solar muestra potencial para soluciones de enfriamiento sostenible.
- Se necesita más investigación para optimizar el rendimiento.
- Este estudio aporta datos valiosos al campo del enfriamiento solar.
Preguntas frecuentes
Relevancia Ejecutiva para la Industria
Los sistemas de refrigeración por adsorción solar con colectores concentradores ofrecen un enfoque sostenible para la gestión térmica en entornos de I+D donde es fundamental minimizar el impacto ambiental. La evaluación cuantitativa del rendimiento del sistema, incluyendo el coeficiente de rendimiento (COP) y la potencia frigorífica específica (SCP), permite tomar decisiones basadas en datos para integrar soluciones de energía renovable en operaciones de laboratorio y escala piloto. El análisis comparativo de materiales adsorbentes respalda la confianza predictiva en la selección de componentes óptimos del sistema para la implementación futura de tecnologías.
Aplicaciones Estratégicas en I+D de Biotecnología Farmacéutica
Descubrimiento Temprano y Validación de Blancos
- Permite pruebas rigurosas de hipótesis de gestión térmica utilizando fuentes de energía renovables.
- Apoya la validación funcional de materiales adsorbentes bajo condiciones experimentales controladas.
- Facilita la reducción mecanicista de riesgos mediante la cuantificación de las diferencias de rendimiento entre tipos de zeolitas.
Desarrollo de ensayos y cribado
- Proporciona una plataforma estandarizada para evaluar combinaciones de adsorbentes y refrigerantes.
- Genera resultados cuantitativos reproducibles, como COP y SCP, para la selección de materiales.
- Permite evaluaciones de escalabilidad para la integración posterior en sistemas más grandes.
Investigación Traductiva y Preclínica
- Demuestra la adaptabilidad del sistema para la refrigeración respetuosa con el medio ambiente en entornos de laboratorio.
- Apoya la continuidad desde la validación a escala de banco hasta la implementación a escala piloto de tecnologías verdes.
- Ofrece información predictiva para el avance ajustado al riesgo de proyectos de infraestructura sostenible.
Integración de la Línea de Proceso y Flujo de Trabajo
Este sistema experimental se sitúa en la intersección entre la validación tecnológica y la preparación operativa, aportando información para decisiones tanto en descubrimientos iniciales como en infraestructuras traslacionales.
- Biología del Descubrimiento: Las métricas cuantitativas de rendimiento aclaran el impacto de la selección del adsorbente en la eficiencia del sistema.
- Selección: Los protocolos estandarizados permiten la comparación reproducible de candidatos de materiales.
- Análisis: Las mediciones en tiempo real de temperatura y presión proporcionan datos útiles para la optimización del sistema.
- Investigación Traducional: Apoya la planificación de infraestructuras alineadas con criterios ambientales para instalaciones de I+D.
- Reutilización Empresarial: El diseño modular del sistema permite su adaptación a diversas aplicaciones en laboratorios y a escala piloto.
Impacto Operativo y Empresarial
- Valor científico: Mejora la confianza predictiva en la selección de materiales y sistemas para refrigeración sostenible.
- Valor operativo: Fomenta la estandarización y la reproducibilidad en los procedimientos de refrigeración basados en energías renovables.
- Valor estratégico: Orienta la asignación de capital para infraestructuras verdes con datos cuantificables de rendimiento.
- Impacto en la cartera: Permite la priorización ajustada al riesgo de inversiones en tecnologías sostenibles.
Consideraciones de Implementación
- Requiere experiencia en sistemas térmicos y ciencia de materiales de adsorción.
- Exige instrumentación para el monitoreo preciso de temperatura, presión e intensidad solar.
- Necesita alineación entre equipos en cuanto a protocolos experimentales y procedimientos de seguridad.
- Puede ser necesaria una adaptación para diferentes pares adsorbente-refrigerante o escenarios de escalamiento.
- Debe priorizarse la seguridad operativa debido a los componentes del sistema que operan a alta temperatura.
