Comportamiento transitorio de un proceso de refrigeración operado con energía solar

Abstract

Resumen: En el presente trabajo se han desarrollado tres modelos matemáticos de carácter fenomenológico para representar el funcionamiento de un refrigerador termoquímico operado con energía solar. El modelo del generador describe un reactor heterogéneo donde se presenta una reacción química reversible entre el sólido (sal) y un gas (refrigerante), acoplado al evaporador, del cual también se ha formulado un modelo. El tercer modelo da cuenta de la captación de energía solar y auxiliar para suministrar la energía al proceso de refrigeración durante la etapa de descomposición. El modelo del generador tiene en consideración los cambios en la textura del material compuesto sólido (CENG + MnCl2) conforme se dan las reacciones de síntesis y descomposición además de involucrar su carácter anisotrópico. Las propiedades termodinámicas de la fase gaseosa (NH3) fueron estimadas mediante una ecuación de estado de última generación, dado que su comportamiento termodinámico se encuentra alejado de la idealidad. Los modelos al estar acoplados a las ecuaciones constitutivas convierten al sistema en altamente no lineal. Se utilizó el método de los volúmenes finitos para la discretización del espacio de las ecuaciones diferenciales parciales generando un sistema de ecuaciones diferenciales ordinarias que fueron resueltas por el método de Gear, cuyos resultados son validados satisfactoriamente con los datos experimentales encontrados en la literatura y realizados en la Universidad. Por último se analizó dos modos híbridos de suministro de energía: solar y auxiliar; y solar, eólica y auxiliar, con miras a minimizar el consumo de energía auxiliar.

Abstract: In this work, three mathematical – phenomenological models has been developed in order to represent the operation of a thermochemical refrigerator, solar energy supplied. The generator model describes a heterogeneous reaction where a chemical reaction take place between the porous media (a salt) and the gas (refrigerant), coupled to the evaporator, from which a model has been formulated too. The third model simulates the solar and auxiliary energy system supplied to the refrigeration system in the decomposition stage. The generator model takes into account textural changes of the composite material (CENG + MnCl2) when synthesis and decomposition reactions take place, besides its anisotropic behaviour. The thermodynamics properties of the gas phase (NH3) were estimate by a last generation state equation, since its behaviour is far away from the ideal state. The models coupled to the constitutive equations yields a high non linear system. The finite volume elements method was used for spatial discretization of the partial differential equations yielding a set of ordinary differential equations, which has been solved by the Gear method, whose results were satisfactory validated with experimental data found in literature and performed in the University. Finally, two hybrids energy supplies to the refrigeration system were analyzed: solar and auxiliary energy; and solar, wind energy and auxiliary, in order to minimize the auxiliary energy consumption.