Proiectarea și dezvoltarea unui frigider cu energie solară

Drepturi de autor. Folosit cu permisiunea. Nu modificați corpul textului. Nu avem permisiunea de a modifica această lucrare. Tratați-l ca acces deschis , care este o excepție de la licența Appropedia . Citeşte mai mult...

Dacă aveți mai multe informații despre permisiuni, lăsați o notă pe pagina de discuție .

Citeşte mai mult...

Date despre locație

Se încarcă harta... {"minzoom":false,"maxzoom":false,"mappingservice":"leaflet","width":"auto","height":"200px","centre":false,"title":"","label":"","icon":"","lines":[],"polygons":[],"circles":[],"rectangles":[],"copycoords":false,"static":false,"zoom":1,"defzoom":14,"layers":["OpenStreetMap"],"image layers":[],"overlays":[],"resizable":false,"fullscreen":false,"scrollwheelzoom":true,"cluster":false,"clustermaxzoom":20,"clusterzoomonclick":true,"clustermaxradius":80,"clusterspiderfy":true,"geojson":"","clicktarget":"","imageLayers":[],"locations":[{"text":"","title":"","link":"","lat":13.75249444444444435475816135294735431671142578125,"lon":100.4935083333333381006013951264321804046630859375,"icon":""}],"imageoverlays":null} +− Pliant | © OpenStreetMap

Locație

Bangkok , Tailanda

RHB Exell, Sommai Kornsakoo, DGDC Wijeratna. Bangkok, Thailanda: Institutul Asiatic de Tehnologie, 1976.

Această carte a fost portată de Jianlang Mai , Scott Gennings , Graham Coote , Ana Lise Herrera și Howard Swartz .

Prefaţă

Acest raport de cercetare descrie activitatea de dezvoltare a unui sistem de refrigerare alimentat cu energie solară , care va duce în cele din urmă la producerea unui aparat de fabricare a gheții de mărimea unui sat sau la o unitate de depozitare la rece pentru conservarea alimentelor .

Acest subiect a fost examinat de domnul DGDC Wijeratna în Raportul său de proiect de studii individuale (nr. 34), iar unitatea experimentală a fost proiectată de dr. RHB Exell. Construcția și testarea unității a fost de către domnul Sommai Kornsakoo pentru teza sa de master.

Institutul Asiatic de Tehnologie (AIT) este îndatorat Fundației John F. Kennedy, Thailanda, pentru sprijinul financiar sub forma unui grant pentru cercetarea energiei solare făcută ca răspuns la o propunere făcută în 1973 de profesorul HE Hoelscher, președintele AIT , către Dr. Tbanat Khoman, Președintele Fundației.

rezumat

Un mic frigider cu absorbție intermitentă amoniac-apă cu un colector solar cu placă plată de 1,44 m ² a fost testat ca prim pas către dezvoltarea unui aparat de fabricare a gheții din sat. Nu se utilizează ulei sau electricitate. Regenerarea are loc ziua și refrigerarea noaptea. Absorbția rapidă este obținută prin intermediul unei noi caracteristici, propusă mai întâi de Swartman, în care căldura de absorbție este disipată din placa plană.

În generator se folosesc 15 kg de soluție care conține 46% amoniac în apă. Într-o zi senină temperatura soluției crește de la 30 ^o C, la 88 ^o C și 0,9 kg de amoniac pur se condensează la 32 ^o C. În timpul refrigerarii, temperatura amoniacului scade la -7 ^o C. Coeficientul solar total estimat de performanța (efectul de răcire împărțit la căldura solară absorbită) este de 0,09, care, deși mică, este comparabilă cu lucrările publicate anterior. Sunt discutate evoluțiile în proiectare.

Cuprins

I. INTRODUCERE

Baza pentru luarea în considerare a energiei solare

Există mai multe motive importante pentru a considera energia solară ca o resursă energetică pentru a satisface nevoile țărilor în curs de dezvoltare. În primul rând, majoritatea țărilor numite în curs de dezvoltare sunt în sau adiacente tropice și au o bună radiație solară disponibilă. În al doilea rând, energia este o nevoie critică a acestor țări, dar ele nu au resurse de energie convenționale distribuite și ușor disponibile. În al treilea rând, majoritatea țărilor în curs de dezvoltare se caracterizează prin climate aride, populații dispersate și inaccesibile și lipsa capitalului investițional și se confruntă astfel cu obstacole practic de nedepășit în calea furnizării de energie prin mijloace convenționale, de exemplu, prin electrificare. Spre deosebire de aceasta, energia solară este ușor disponibilă și este deja distribuită potențialilor utilizatori. În al patrulea rând, din cauza naturii difuze a energiei solare, evoluțiile din întreaga lume au fost în unități mai mici, ceea ce se încadrează bine în modelul economiei rurale.

Obiectivele studiului

Prezentul studiu face parte dintr-un proiect de utilizare a energiei solare în AIT, care vizează dezvoltarea uneia sau mai multor unități-prototip care să demonstreze utilitatea și viabilitatea economică a energiei solare în scopurile proiectate.

Obiectivul specific al argumentului din acest capitol este de a identifica o zonă de utilizare a energiei solare utilă țărilor în curs de dezvoltare din Asia și, în continuare, de a selecta un dispozitiv adecvat pentru dezvoltare și pentru o investigație preliminară.

Posibilitati de cercetare si dezvoltare

Cercetarea în domeniul energiei solare pare să fi luat avânt în ultimele două decenii. În această perioadă au avut loc numeroase publicații, seminarii și conferințe care tratează energia solară. Unul dintre cele mai actualizate și cuprinzătoare studii privind aplicațiile energiei solare este un raport al unui grup consultativ ad-hoc al Consiliului pentru Știință și Tehnologie pentru Dezvoltare Internațională, intitulat „Energia solară pentru țările în curs de dezvoltare: perspective și perspective”, NATIONAL ACADEMY OF ŞTIINŢE (1972). Concluziile acestui raport le înlocuiesc pe cele ale unor astfel de anchete anterioare și sunt rezumate mai jos.

Panoul observă că evaporarea solară a fost o metodă istorică, tradițională, de obținere a sării din apa de mare sau din saramură; rămâne important astăzi atât la scară mică, cât și la scară mare în multe țări. Se pare că există puține cercetări care nu pot fi făcute la fel de bine de industriile care utilizează acest proces.

Tehnologia de încălzire a apei este bine stabilită, iar dezvoltarea necesară este în mare măsură adaptarea tehnologiei la utilizarea materialelor și a capacităților de producție ale țării în cauză. Apa caldă pentru spitale, școli și alte astfel de instituții și familii ar putea deveni mult mai disponibilă odată cu aceste dezvoltări. Natura echipamentului este de așa natură încât poate fi fabricat în țările în curs de dezvoltare, iar adaptarea lui la condițiile lor pare simplă.

Distilarea solară trebuie încă privită ca experimentală, dar alambicurile comunitare la scară mică sunt aproape de aplicații comerciale extinse. Modelele sunt acum disponibile pentru alambicurile solare care sunt utile și pot fi utilizate cu un grad rezonabil de încredere. Cercetările ulterioare în această aplicație ar implica adaptarea tehnologiei existente la nevoile specifice ale țărilor în curs de dezvoltare prin modificări de proiectare pentru a permite utilizarea materialelor disponibile local și a componentelor fabricate local.

O utilizare tradițională și pe scară largă a energiei solare este pentru uscarea, în special, a produselor agricole. Proiectarea și controlul acestora pentru anumite culturi sau alte materiale care urmează să fie uscate sunt domenii de cercetare care ar putea duce la mai multe aplicații practice în țările în curs de dezvoltare, care ar putea duce la o mai bună utilizare a proviziilor de alimente.

Cercetarea și dezvoltarea în domeniul încălzirii solare au vizat aproape în întregime aplicațiile în climele temperate ale țărilor industrializate. Panoul știe puțin despre amploarea reală a nevoilor de încălzire a spațiului în țările în curs de dezvoltare sau despre posibilul rol al energiei solare în satisfacerea acestor nevoi.

Studiile în domeniul aerului condiționat care vizează în primul rând aplicațiile din Statele Unite și Australia sunt încă în stadii incipiente. Fezabilitatea tehnologică pare să fie asigurată; fezabilitate economică este acum în studiu. Cele mai bune metode de obținere a răcirii cu energie solară în țările în curs de dezvoltare sunt departe de a fi clare în acest moment și nu se cunosc imediatea și amploarea nevoilor de aer condiționat.

Există multe cicluri și sisteme de refrigerare care pot fi luate în considerare pentru refrigerarea solară. Încă nu a fost stabilit care ar putea fi cea mai bună scară pe care să funcționeze frigiderele solare în țările în curs de dezvoltare. Există un număr substanțial de întrebări deschise cu privire la refrigerare, iar aplicația are posibilitatea atractivă de o mai bună utilizare a alimentelor disponibile dacă refrigerarea ar putea fi asigurată cu succes.

Posibilele aplicații ale dezvoltării cu succes a conversiei economice a energiei solare pentru a satisface nevoile de energie mecanică sau electrică sunt largi. Această conversie rămâne o problemă evazivă, dar intrigantă. Gătitul solar pare a fi simplu în tehnologia sa și semnificativ în avantajele sale dacă poate fi aplicat cu succes, aragazele solare au fost dezvoltate la un grad de performanță tehnică satisfăcătoare pentru a asigura cel puțin o parte din nevoile de gătit ale familiilor. Cu toate acestea, testele ample de teren din India, Mexic și Maroc nu au condus până acum la acceptarea socială a acestor dispozitive. Concluziile de la Panel sunt rezumate astfel: procesele solare care sunt acum utile sau care ar putea fi aduse într-un stadiu de dezvoltare în care ar putea produce rezultate utile în cel mai scurt timp sunt evaporarea, uscarea, distilarea și încălzirea apei. Dezvoltarea mai extinsă în refrigerarea, încălzirea solară, răcirea și proiectarea termică a clădirilor ar trebui să facă unele dintre aceste utilizări practice în deceniul. Aplicațiile energiei solare vor necesita dezvoltarea substanțială a noii tehnologii.

Motivul pentru selectarea refrigerarii solare

Discuția din secțiunea anterioară indică faptul că, dintre aplicațiile de energie solară care se află în stadiul experimental, încălzirea spațiului și aerul condiționat nu sunt nevoi prioritare în Asia, conversia la energie mecanică sau electrică este cel mai bine lăsată să fie efectuată de bine- laboratoare dotate din țările industrializate și că acceptarea socială a gătitului solar este destul de îndoielnică, aceasta lasă refrigerarea solară ca un posibil domeniu de studiu. Pentru a selecta un dispozitiv pentru dezvoltare ulterioară, trebuie să răspundeți la următoarele întrebări. Care este nevoie de un astfel de dispozitiv în țările în curs de dezvoltare, în special, în Asia? Dispozitivul ar trebui să fie un răcitor de alimente sau un aparat de gheață? Ce dimensiune ar trebui sa aiba? Restul acestei secțiuni este dedicat încercării de a găsi răspunsuri la aceste întrebări.

Un distins om de știință solar din Asia de Sud-Est, care scrie în mod anonim, face următoarele comentarii într-un articol intitulat „A Case for a Solar Ice Maker”, ANON., (1963).

„După opt ani de studiu a problemelor de aplicare a energiei solare într-o țară subdezvoltată, cred că cea mai promițătoare linie de cercetare este dezvoltarea unei mașini de făcut gheață. Scopul ar trebui să fie o mașină de făcut gheață autonomă, fiabilă, capabilă să producă la cel puțin 10 lbs. de gheață pe zi însorită, la un cost de un cent SUA pe kilogram, folosind doar energie solară și apă ca intrări. În țările tropicale se pierd cantități mari de fructe proaspete, legume și pește sau valoarea lor este depreciată prin deteriorare. Această alterare ar putea fi prevenite prin înghețarea lor cu gheață... Gheața este o marfă importantă de comerț, care aduce până la 10 cenți SUA per kilogram în zonele îndepărtate din cauza costului ridicat de transport (datorită topirii pe traseu sau costului ridicat alternativ. de a-l realiza la nivel local, la distanță, cu energie electrică sau combustibil). Un frigider electric de fabricație străină costă aproximativ 250 USD, costul unui aparat de gheață solar comparabil ar fi de cel puțin 250 USD Poate părea ciudat că un aparat de gheață solar costă 250 USD SUA ar fi cumpărate atunci când oamenii nu cumpărau aragazuri solare la doar 10 USD fiecare. Explicația este că aparatul solar de gheață ar fi cumpărat de comercianți și proprietari de magazine care își pot permite cu ușurință suma și ar folosi gheața pentru a-și păstra stocurile valoroase de fructe proaspete, pește etc...... De asemenea, oamenii săraci care produc fructe proaspete, pește etc., își pot permite să cumpere gheață la aproximativ unul sau doi cenți SUA pe kilogram, deoarece este doar o investiție mică pe termen scurt, de aproximativ 10 sau 20 de cenți SUA, pe care o pot recupera în câteva zile după vânzarea produselor lor congelate”.

BA HLI şi colab. (1970) au studiat posibilitățile de dezvoltare a fabricilor de gheață în Birmania. Ei afirmă că aparatele solare de gheață și frigiderele sunt asigurate de succes doar din punct de vedere meteorologic. Ei observă, de asemenea, că instalațiile solare de producere a gheții pot fi fie de dimensiuni domestice, fie de dimensiunea comunității, pentru condițiile locale. Produsele de gheață și frigiderele solare de uz casnic trebuie să fie cât mai automate posibil pentru a concura cu frigiderele acționate electric. Producătorii solari de gheață de dimensiunea comunității pot avea participare manuală, deoarece ar exista un operator disponibil pentru fiecare producător de gheață. Aproximativ, costul producției de gheață de către fabricile locale este de jumătate de cent pe kilogram de gheață din fabrică, dar costul gheții în mâna consumatorului ar fi de aproximativ un cent pe liră în sezonul rece și mult mai mare în sezonul cald. Ei au ajuns la concluzia că, în aceste condiții, dacă un producător de gheață solar poate face gheață oriunde în Birmania pentru aproximativ un cent SUA pe kilogram, gheața ar putea fi un avantaj pentru țară.

MERRIAM (1972) discutând posibilele aplicații ale energiei solare în țările în curs de dezvoltare observă astfel:

„O aplicație foarte promițătoare este refrigerarea. Refrigerarea cuprinde frigiderele de uz casnic, răcirea spațiilor, aerul condiționat al clădirilor etc., dar am ales să-mi concentrez atenția asupra unui singur dispozitiv posibil, o mașină de făcut gheață. Acest lucru se datorează mai multor motive, atât tehnologice. si socio-economice.In primul rand transformarea radiatiei solare in gheata rezolva problemele de intermitenta si depozitare.Gheata poate fi depozitata luni de zile.De asemenea, este transportabila,...Se are in vedere un ciclu amoniac-apa..... Au fost construite mai multe aparate de gheață și frigidere care utilizează acest ciclu și aport de energie solară, Designul pe care îl am în minte ar fi construit din oțel moale și ar fi robust și simplu, fără piese în mișcare. Producția ar fi de 60-70 kg/zi de -10 ^o C gheață, intrarea ar fi l0-12 m de radiație solară și serviciile unui operator necalificat cu normă întreagă”.

Răspunsurile la întrebările ridicate la începutul acestei secțiuni pot fi acum oferite, și anume:

Refrigerarea solară este unul dintre cele mai promițătoare domenii de dezvoltare ulterioară; Un aparat de gheață pare a fi cel mai util dispozitiv din țările în curs de dezvoltare; Dacă se poate face gheață la aproximativ un cent SUA pe kilogram, viabilitatea comercială este asigurată. O unitate de dimensiunea comunității care produce loo-150 lbs. de gheață pe zi, cu o anumită operare manuală este de preferat pentru dezvoltarea inițială; frigiderele de uz casnic trebuie să fie automate pe cât posibil.

Primul obiectiv al studiului a fost atins cu concluziile de mai sus, adică acela de a selecta un dispozitiv adecvat pentru dezvoltarea ulterioară. Următorul pas este realizarea unui studiu preliminar care vizează dezvoltarea unui producător de gheață solar de dimensiunea comunității. Ca un prim pas către acest obiectiv va fi proiectat și construit un aparat de fabricare a gheții experimentale care va oferi experiență pentru dezvoltarea ulterioară.

II REFRIGERARE SOLARĂ

Unele dintre conceptele teoretice care sunt utile în analiza performanței frigiderelor solare vor fi prezentate în acest capitol. Se va face o scurtă analiză a ciclului amoniac-apă deoarece acesta va fi utilizat în frigiderul experimental.

Indici de performanță

Orice dispozitiv de răcire solară constă în esență din două părți: o unitate de răcire care utilizează un ciclu termodinamic care nu este diferit de cel folosit în frigiderele convenționale și o sursă de căldură solară cu o placă plată sau un colector de focalizare pentru a o opera. Indicele obișnuit prin care se măsoară performanța unui frigider este coeficientul de performanță care este definit ca raportul dintre răcirea produsă și căldura furnizată. Același concept poate fi aplicat la componenta frigiderului și un raport de răcire poate fi definit ca

căldura absorbită de agentul frigorific în timpul răciriicăldura absorbită de conținutul generatorului în timpul răcirii{\displaystyle {\frac {\mbox{heat absorbed by refrigerant during refrigeration}}{\mbox{heat absorbed by generator contents during refrigeration}}}}

Performanța colectorului solar poate fi definită printr-un raport de încălzire dat de

căldură absorbită de conținutul generatoruluiradiatia solara incidenta asupra colectorului{\displaystyle {\frac {\mbox{heat absorbed by the contents of the generator}}{\mbox{incident solar radiation on the collector}}}}

Raportul general de performanță poate fi acum definit ca produsul celor două rapoarte definite mai sus sau în mod explicit ca

căldura absorbită de agentul frigorific în timpul răciriiradiatia solara incidenta asupra colectorului{\displaystyle {\frac {\mbox{heat absorbed by refrigerant during refrigeration}}{\mbox{incident solar radiation on the collector}}}}

Conceptele de raport de încălzire și raport de răcire sunt utile în special atunci când se analizează sistemele în care colectorul și generatorul sunt separate.

Funcționarea sistemului intermitent amoniac-apă

Figurile 2.1 și 2.2 prezintă un sistem simplu format din două vase conectate printr-o țeavă aeriană. Vasul din dreapta conține amoniac acvatic și funcționează ca generator-absorbant. Vasul din stânga conține amoniac pur și funcționează ca condensator-evaporator.

Funcționarea sistemului intermitent aqua-amoniac poate fi împărțită în două faze: faza de regenerare și faza de refrigerare. În timpul fazei de regenerare, căldura este furnizată generatorului-absorbant care conține o soluție de amoniac de concentrație mare. Pe măsură ce soluția este încălzită, presiunea crește și odată ce presiunea de condensare este atinsă, amoniacul se distilă și se condensează în evaporator-condensator care este scufundat într-o găleată cu apă, Fig. 2.1.

În timpul fazei de refrigerare, sursa de căldură este îndepărtată și generatorul-absorbant este lăsat să se răcească. Presiunea scade și amoniacul începe să se evapore atrăgând căldură din împrejurimi, producând astfel răcire. Soluția slabă de amoniac din generatorul-absorbant absoarbe amoniacul evaporat și procesul continuă până când tot amoniacul din condensator este evaporat, Fig. 2.2.

Analiza ciclului ideal

În următoarea analiză a ciclului de absorbție a amoniac-apă se presupune că toate procesele termodinamice sunt reversibile.

Energia este transferată sub formă de căldură la trei niveluri de temperatură, adică

• temperatura atmosferică T _a , la care căldura este respinsă în condensator și absorbant,
• temperatura la care este preluată căldura din camera rece T _c ,
• temperatura la care se primeste caldura in generatorul T _g .

Este posibil să ne imaginăm un aranjament de mașini reversibile care îndeplinesc o funcție echivalentă cu cea a instalației de absorbție, Fig. 2.3. În primul rând, un motor termic reversibil primește o cantitate de căldură Q _g , la o temperatură T _g și respinge căldură la o temperatură T _a în timp ce produce o cantitate de lucru W _ga cu o eficiență,

WcAQg=Tg−TATg,{\displaystyle {\frac {W_{c}a}{Q_{g}}}={\frac {T_{g}-T_{a}}{T_{g}}},}

unde toate temperaturile sunt măsurate pe scala de temperatură termodinamică. În al doilea rând, un frigider reversibil primește o cantitate de căldură Q _c la T _c și respinge căldură la Ta în timp ce absoarbe o cantitate de lucru W _ca . Coeficientul de performanță al frigiderului este

−QcWcA=TcTA−Tc.{\displaystyle {\frac {-Q_{c}}{W_{c}a}}={\frac {T_{c}}{T_{a}-T_{c}}}.}

Dacă W _ga se face egal cu - W _ca această plantă va fi echivalentă cu un frigider cu absorbție, Coeficientul de performanță al centralei combinate poate fi definit ca Q _c / Q _g , care la combinarea celor două expresii anterioare devine,

C.O.P=Qc/Qg=Tc(Tg−TA)Tg(TA−Tc).{\displaystyle C.O.P=Q_{c}/Q_{g}={\frac {T_{c}(T_{g}-T_{a})}{T_{g}(T_{a}-T_{c})}}.}

Importanța practică a acestui rezultat este că, dacă se cunoaște un COP pentru ciclul luat în considerare, se poate calcula Tg, deoarece T _{a este} fix și T _c este ales de proiectant.

Analiza riguroasă a ciclului amoniac-apă

CHINNAPPA (1961), prezintă o analiză riguroasă a ciclului teoretic acva-amoniac. Două forme ale ciclului sunt potrivite pentru comparare cu ciclul real. Aceste două cicluri sunt reprezentate grafic pentru sistemul acva-amoniac pe o diagramă presiune-temperatura-concentrație (ptX). Prima formă a ciclului teoretic poate fi denumită „ciclu de absorbție constantă a presiunii” și este reprezentată în Fig. 2,4 prin 2-3-4-5-2. A doua formă a teoreticului poate fi denumită „ciclu de absorbție la temperatură constantă” și este reprezentată în Fig. 2.4 prin 1-3-4-6-1.

Chiar dacă ciclul de presiune constantă este cel mai eficient, este dificil de realizat în practică. Prin urmare, ciclul de temperatură constantă este examinat mai detaliat.

În ciclul de absorbție la temperatură constantă, regenerarea constă din două procese 1-3 și 3-4. În faza de refrigerare în timpul procesului de răcire 4-6, soluţia este răcită, de obicei prin imersare într-o baie de apă, la o temperatură t ₆ care este egală cu temperatura iniţială t ₁ . Refrigerarea eficientă are loc în timpul procesului 6-l.

Expresia pentru cantitatea de refrigerare este

Qc=W6′Lm{\displaystyle Q_{c}=W'_{6}L_{m}}

Unde

Lm{\displaystyle L_{m}}= căldura medie latentă a agentului frigorific în timpul procesului 6-1.

W6′{\displaystyle W'_{6}}= greutatea agentului frigorific la punctul 6.

Căldura furnizată în timpul procesului de regenerare 1-3-4 este dată de

Qg=W4H4−W1H1+∫W4W1HvdW,{\displaystyle Q_{g}=W_{4}H_{4}-W_{1}H_{1}+\int _{W_{4}}^{W_{1}}H_{v}\mathrm {d} W,}

Unde

w{\displaystyle w}= greutatea soluției, sufix care indică punctul ciclului,

H{\displaystyle H}= entalpia specifică a soluției, sufix care indică punctul ciclului;

Hv{\displaystyle H_{v}}= entalpia specifică a vaporilor care fierbe din lichid,

dW{\displaystyle \mathrm {d} W}= masa diferențială a vaporilor care fierbe din lichid.

Astfel expresia pentru COP devine

W6′LmW4H4−W1H1+∫W4W1HvdW{\displaystyle {\frac {W'_{6}L_{m}}{W_{4}H_{4}-W_{1}H_{1}+\int _{W_{4}}^{W_{1}}H_{v}\mathrm {d} W}}}

Dezvoltare istorica

Conform Survey of Solar-Powered Refrigeration realizat de SWARTMAN, HA și NEWTON (1973), primul studiu întreprins pentru a explora utilizarea energiei solare pentru refrigerare a fost probabil în 1936 la Universitatea din Florida de către Green. Aburul pentru alimentarea unui frigider cu jet de abur a fost produs prin încălzirea apei care curge într-o conductă plasată la linia focală a unui reflector cilindro-parabolic.

Oniga a raportat în 1937 că cercetătorii din Brazilia au încercat să adapteze un reflector parabolic la un frigider cu absorbție, dar sistemul nu a depășit niciodată stadiul experimental.

Kirpichev și Baum din Rusia au raportat funcționarea cu succes a unui ansamblu de frigidere solare care produceau 250 de kilograme de gheață pe zi în 1954. Frigiderele erau de tip convențional de compresie cu vapori, conduse de un motor termic care funcționează cu aburul produs de un cazan amplasat la focalizarea unei oglinzi mari. Cu toate acestea, s-a admis în general că eficiența scăzută a energiei solare în producerea energiei, costul foarte ridicat al echipamentelor și complexitatea acestui tip de sistem sunt factori nefavorabili în dezvoltarea viitoare. De când a fost construit acest sistem, a existat puțin interes pentru această direcție de refrigerare solară.

Primul proiect major privind un sistem de refrigerare cu absorbție solară a fost întreprins de TROMBE și FOEX (1964). Fig. 2.5 prezintă configurația generală a sistemului, care are următoarele caracteristici principale: soluția de amoniac-apă este lăsată să curgă dintr-un rezervor rece printr-o conductă plasată la linia focală a unui reflector cilindro-parabolic. Amoniacul încălzit-apa vaporizată în cazan este ulterior condensat într-o serpentină de răcire. Evaporatorul este o bobină care înconjoară recipientul folosit ca o cutie de gheață. Reflectorul cilindro-parabolic a măsurat 1,5 m2. În testele prototipului, producția zilnică de gheață a fost de aproximativ 6 kilograme sau aproximativ 4 kilograme de gheață pe metru pătrat de suprafață de colectare pentru încălzire de patru ore.

Fig. 2.6 - Frigiderul de bază cu absorbție intermitentă alimentat cu energie solară

Designul lui Trombe și Foex este foarte promițător și ar trebui studiat în continuare, deși pot fi necesare modificări la colectorul solar, boilerul și condensatorul.

Williams și alții de la Universitatea din Wisconsin au construit un mic frigider pentru alimente în 1957, destinat utilizării în zonele rurale subdezvoltate. Aparatul a constat din două vase legate între ele printr-o țeavă, așa cum se arată în Fig. 2.6. Energia a fost furnizată de o oglindă parabolică din polistiren turnat de 1,27 mm cu o peliculă de poliester mylar aluminizat și rigidizată la margine cu tuburi metalice. S-au folosit ca soluții de lucru amoniac-apă și R-21-glicol eter. Acest studiu a arătat că refrigerarea poate fi realizată prin utilizarea ciclurilor de refrigerare cu absorbție intermitentă. Deși performanța este limitată de caracteristicile ciclului intermitent, simplitatea sistemului ține cont de temperatura scăzută obținută în evaporator. În cele din urmă, studiul a arătat că apa-amoniac are o performanță superioară față de eterul R-21-glicol într-un sistem de refrigerare intermitent.

CHINNAPPA (1962) a construit un frigider intermitent simplu, operat cu un colector plat, la Columbo, Ceylon, așa cum se arată în Fig. 2.7. Generatorul-absorbant din acest frigider a fost din țevi sudate și încorporat cu un colector plat și un absorbant răcit cu apă. Colectorul solar era o foaie de cupru de 152,4 cm pe 106,7 cm, 0,76 mm grosime și vopsită în negru. Placa a fost vândută la șase țevi de oțel cu diametrul de 6,35 cm, iar țevile au fost sudate la colectoare. Pe colector erau trei capace de sticlă care erau susținute de fâșii de placă de plută. Ca fluid de lucru a fost folosită o soluție de amoniac-apă.

Fig. 2.7 - Schema frigiderului solar operat cu colector plat de CHINNAPPA (1962)

Deși în general era de așteptat ca colectorul plat să fie mai potrivit pentru temperatura mai scăzută de generare necesară în aer condiționat, testele din investigația realizată de CHINNAPPA (1962) au indicat că este posibil să se utilizeze un colector plat încorporat cu generatorul să producă răcire la o temperatură de până la -12°C. Se observă că în acest frigider se poate produce gheață la un kg pe zi la 0,7 m ² de suprafață de captare solară. Rezultatele acestei investigații nu au fost spectaculoase, dar au arătat că un simplu frigider intermitent care folosește un dispozitiv de colectare a căldurii la temperatură joasă, cum ar fi colectorul cu placă plată, poate realiza răcirea.

SWARTMAN și SWAMINATHAN (1971) au construit un sistem de refrigerare simplu, intermitent, care încorporează generatorul-absorbant cu un colector plat de 1,4 m ² la Universitatea din Western Ontario. Fig. 2.8 prezintă schematic sistemul. Ansamblul colector-generator a constat din țevi de oțel de 1,27 cm care leagă un alimentator de 5,1 cm și un colector de 15,2 cm. Foaie subțire de cupru a fost lipită de tuburi și întregul ansamblu a fost închis într-o cutie de lemn cu material izolator în partea de jos și un capac de sticlă cu două straturi în partea de sus. Au fost testate soluții de apă cu amoniac cu o concentrație care variază de la 58 la 70 la sută. Testele au avut relativ succes; temperaturile evaporatorului au fost de până la -12°C, dar din cauza absorbției slabe, viteza de evaporare a amoniacului în evaporator a fost scăzută.

Un alt studiu la Universitatea din Western Ontario în 1970 a investigat o soluție de amoniac-tiocianat de sodiu în același sistem ca cel descris mai sus. Rezultatele investigației au arătat că coeficienții de performanță pentru NH3 _- NaSCN variază de la 0,11 la 0,27 comparativ cu 0,05 la 0,14 pentru NR3-H20 obținut din studiul anterior. Cu toate acestea, sistemul a fost

Fig. 2.8 - Frigider solar intermitent construit la Universitatea din Western Ontario

Fig. 2.9 - Producător de gheață solar construit la Universitatea din Florida de FARBER (1970)

încă incapabil să producă o cantitate considerabilă de gheață la evaporator. S-a ajuns la concluzia că NH3-NaSCN are o performanță mai bună decât acela NH3 _- H20 _. Acesta a oferit, de asemenea, un cost de echipament mai mic deoarece nu avea nevoie de o coloană de rectificare datorită volatilității scăzute a sării NaSCN. O concentrație optimă de 54% a fost sugerată pentru refrigerarea intermitentă.

FARBER (1970) a construit cel mai de succes sistem de refrigerare solară până în prezent. Era un aparat solar compact de gheață care folosea un colector plat ca sursă de energie. Fig. 2.9 prezintă diagrama de flux a sistemului. Colectorul-generator solar avea 1,49 m ² , constând dintr-un colector superior de 6,35 cm. Țevile de 2,54 cm au fost distanțate pe centre de 10,2 cm și lipite pe o tablă de fier galvanizat de calibrul 20. Această unitate a fost plasată într-o cutie din tablă galvanizată cu un singur capac de sticlă și un inch de izolație din polistiren în spatele elementului absorbant-generator. Pe lângă componentele obișnuite, cum ar fi condensatorul, evaporatorul, cutia de gheață, schimbătorul de căldură, a existat o coloană de absorbție a amoniacului de tip carcasă și tub și două pompe pentru a circula amoniacul lichid și apa răcită în evaporator. Sa raportat că o medie de aproximativ 42.200 kJ de energie solară a fost colectată de către colector pe zi, iar gheața produsă a fost de aproximativ 18,1 kilograme. Acest lucru a dat un coeficient general de performanță de aproximativ 0,1 și 12,5 kilograme de gheață pe m2 de suprafață de colector pe zi.

În ceea ce privește refrigerarea solară, acesta a fost cel mai de succes sistem, dar trebuie menționat că sistemul nu a fost alimentat în totalitate de energie solară, deoarece existau două pompe care funcționează cu energie electrică. Sistemul nu ar funcționa în zonele în care electricitatea nu este disponibilă.

III PROIECTAREA UNITĂȚII EXPERIMENTALE

Alegerea configurației

S-a afirmat mai devreme că un frigider solar este format din două componente, o unitate de energie solară și o unitate frigorifică. Unitatea de energie solară se bazează pe oricare dintre cele două concepte de bază, adică colectoare plate sau colectoare de focalizare.

Colectoarele plate sunt suprafețe plate înnegrite pentru a absorbi radiația solară directă și difuză. Pot fi prevăzute capace transparente și izolație din spate pentru a reduce sau controla pierderile de căldură de la placă. Pe placă, energia solară absorbită este convertită într-o formă dorită de energie, de obicei căldură, și sunt prevăzute mijloace pentru a elimina acea energie, de obicei sub formă de apă încălzită sau aer. Colectoarele cu plăci plate sunt în general potrivite pentru funcționarea într-o poziție fixă.

Elementul de bază al colectorului de focalizare este un dispozitiv optic, de exemplu, un reflector parabolic, pentru a focaliza componenta fasciculului de radiație solară pe un receptor mai mic decât reflectorul. Acest colector poate produce un flux de energie mai mare. Deși colectorul de focalizare oferă temperaturi mai ridicate decât colectorul plat, este mai dificil de operat. De asemenea, pentru o unitate experimentală mică, pare a fi mai scumpă decât colectorul cu plăci plate, prin urmare, a fost selectat un colector cu plăci plate pentru acest studiu special.

Unitatea de refrigerare poate fi fie un sistem de absorbție continuu, fie unul intermitent. Sistemul de refrigerare cu absorbție continuă nu poate servi acestui scop dacă pompele necesită putere. Prin urmare, în zonele rurale unde electricitatea este indisponibilă, refrigerarea cu absorbție intermitentă

sistemul este de preferat. Ciclul de refrigerare intermitent are două operațiuni majore, regenerare și refrigerare. Regenerarea este procesul de încălzire a fluidului de absorbție a agentului frigorific pentru a elimina vaporii de agent frigorific și a condensa vaporii într-un recipient separat. Refrigerarea are loc atunci când agentul frigorific lichid se vaporizează, producând un efect de răcire în jurul evaporatorului. Agentul frigorific este reabsorbit de absorbant. Deoarece frigiderul este un dispozitiv pur experimental, s-a decis să fie cât mai simplu posibil. Configurația aleasă este prezentată în Fig. 3.1. Simplitatea a fost obținută prin faptul că condensatorul funcționează ca evaporator și generatorul ca absorbant.

Funcționarea sistemului

În timpul regenerării, supapa A este deschisă și supapa B este închisă, iar soluția puternică din generator fiind încălzită de colectorul plat fierbe, producând vapori la o presiune ridicată. Soluția slabă se întoarce de la colectorul de sus la colectorul de jos prin conductele de retur izolate. Vaporii din capul superior sunt în principal amoniac, deoarece apa are o volatilitate mult mai mică decât amoniacul. Vaporii de amoniac trec în condensator care este scufundat într-un rezervor cu apă rece pentru a-l menține rece. Presiunea este uniformă în întregul sistem. Când încălzirea se oprește, supapa A este închisă și presiunea vaporilor din generator scade. Concentrația din generator este acum mai mică decât era înainte de regenerare. Înainte de a începe refrigerarea, rezervorul de apă de răcire este îndepărtat și supapa B este deschisă. Condensatorul funcționează acum ca evaporator. Amoniacul se vaporizează datorită diferenței de presiune dintre generator și evaporator. Vaporizarea amoniacului absoarbe căldură din

Fig. 3.1 - Prima unitate experimentală

împrejurimile evaporatorului, producând astfel efectul de refrigerare. Vaporii de amoniac proveniți din evaporator trec prin conducta dusă la capul inferior al generatorului, astfel încât vaporii care intră să bule prin soluția de apă-amoniac facilitând astfel absorbția în ea. Capacele de sticlă sunt îndepărtate de pe colector, astfel încât căldura de absorbție să poată fi disipată către cer de la montantele generatorului. Refrigerarea continuă până când tot amoniacul lichid din evaporator s-a vaporizat. Un ciclu complet de operare a fost acum finalizat. Pentru a găzdui disponibilitatea intermitentă a energiei solare, refrigerarea se realizează în timpul zilei, iar refrigerarea are loc noaptea după ce radiația nu mai este disponibilă.

Concentrația de Aqua-Amoniac

Obiectivul este de a produce o temperatură de 17°F în evaporator. Presiunea vaporilor de saturație a amoniacului anhidru la această temperatură este de 45 psia. Temperatura absorbantului este temperatura atmosferică care se presupune a fi de 86°F. Astfel, în absorbant există un amestec acva-amoniac la o temperatură de 86'F cu presiunea vaporilor de amoniac la 45 psia. Prin urmare, din diagrama ptx pentru acva-amoniac concentrația se constată a fi 0,46, determinând astfel punctul de pornire al ciclului de refrigerare, prezentat ca punctul 1 în Fig. 3.2.

Faza de regenerare a ciclului

Temperatura condensatorului este de 86°F. Din diagrama ptx presiunea de saturație a amoniacului anhidru la această temperatură este de 170 psia. Se poate determina punctul 2 al ciclului, deoarece presiunea și concentrația (care

Fig. 3.2 - Ciclul Termodinamic Ideal

nu se modifică în timpul procesului l-2) la punctul 2 sunt cunoscute. Punctul 3 al ciclului este fixat de temperatura maximă a soluției care poate fi atinsă cu colectorul, care se presupune că este de 189°F. Aceasta determină punctul 3 și, prin urmare, concentrația care este 0,40 din diagrama ptx.

Faza de refrigerare a ciclului

În mod ideal, în timpul fazei de refrigerare a ciclului, soluția este mai întâi răcită la presiunea de absorbție de 45 psia, care la o concentrație de 0,40 corespunde unei temperaturi inițiale de absorbție de 103°F. Acest lucru fixează punctul 4. Ciclul este finalizat prin procesul 4-l în timpul căruia amoniacul care se evaporă la 17°F este reabsorbit în soluție.

Specificații colector-generator

S-a decis ca unitatea să fie cât mai compactă. Astfel, pentru colector-generator a fost selectată o zonă frontală de patru ft. pe patru. Țevile fără sudură din fier negru au fost folosite pentru a rezista la coroziune prin amestecul de amoniac-apă și presiunea asociată cu concentrațiile neapărat ridicate de amoniac. Pentru placa de colectare a fost folosită o foaie de cupru de patru pe patru picioare și 0,06 inci grosime și a fost vopsită în negru mat. Placa a fost lipită la douăsprezece tuburi cu diametrul de 1 inch la intervale de patru inci. Capetele tuburilor de 1 inch au fost sudate la colectoare. Pentru a asigura o separare adecvată a apei de vaporii de amoniac din colector-generator, a fost folosită o conductă de 4 inchi pentru colectorul superior. Această lungime a conductei de 56 inch a dat o suprafață a lichidului de 225 in ² atunci când colectorul. era pe jumătate plină. Nivelul lichidului a putut fi observat prin ochii taurului la ambele capete ale capului. Pentru colectorul inferior a fost folosită o țeavă de 2 inchi în diametru și 54 inci lungime. Dispunerea colector-generator este prezentată în Fig. 3.3.

Fig. 3.3 - Colector solar - Generator

Pentru a preveni pierderea de căldură în partea din spate a colectorului-generator a fost folosită spumă de polistiren de patru inci grosime pentru izolație. Capturile de sus și de jos și coloanele de la fiecare capăt al colectorului au fost, de asemenea, izolate termic cu spumă de polistiren. În fața suprafeței de colectare erau două capace de sticlă susținute de un cadru de lemn. S-a folosit sticlă obișnuită de 1/4 in grosime. Distanța dintre tuburile colectoare și primul capac de sticlă a fost de 1/4 inch; între cele două capace de sticlă, spațiul era de 3/4 inch. Capacele de sticlă erau detașabile.

Înclinarea planului generatorului a fost de 20 de grade față de orizontală, cu unitatea orientată spre sud.

Volumul generatorului

Volumul generatorului calculat mai jos din dimensiunile standard ale conductei este utilizat pentru a determina cantitatea de aqua-amoniac din sistem și pentru a determina modificările nivelului lichidului din generator pe parcursul ciclului.

Antet de sus (jumătate plin)

1. 667 ft x 0,5 x 0,0882 ft3/ft = 0,206 ft3

14 montante 14 x 4 ft x 0,00585 ft3/ft = 0,328 ft3 Antet inferior

1. 5 ft x 0,0233 ft3/ft = 0,105 ft3

Volumul total = 0,639 ft3

Suprafața lichidului din antetul superior pe jumătate plină

Volumul specific de acva-amoniac

La punctul 1, V1 = 0,0192 ft3/lb

Punctul 2, V2 = 0,0205 ft3/lb Punctul 3, V3 = 0,0202 ft3/lb Punctul 4, V4 = 0,01895 ft3/lb

Nivelul lichidului în generator Începeți cu 0,639 ft ³ de 0,46 acva-amoniac la 86°F Greutatea sa este 0,639/0,0192 = 33,281 lbs

Volumul de 33,281 lbs de 0,46 acvamoniac la 170°F este 33,281 x 0,205 = 0,682 ft ³

Creșterea volumului este 0,682 – 0,639 = 0,043 ft ³

Creșterea nivelului lichidului este de 0,043/1,565 = 0,027 ft

Când concentrație, X = 0,46

Greutate De amoniac + greutate. de apă = 33,281 lbs

Prin urmare, greutatea. de amoniac = 15,309 lbs wt. de apă = 17.972 lbs

Când concentrația X = 0,40

greutate de amoniac = 11,981 lbs

greutate de apă = 17.972 lbs

Greutate totală = 29,953 lbs

Prin urmare, greutatea. de amoniac distilat = 3,328 lbs.

După distilarea a 3,328 lbs de amoniac avem 29,958 lbs de 0,40 aqua-amoniac la 139°F

Volumul = 29,953 x 0,0202 = 0,605 ft ³

Scăderea volumului sub volumul inițial la punctul 1 este de 0,034 ft ³ .

Scăderea nivelului lichidului sub centru este 0,034/1,565 = 0,022 ft

Date sursă

Tip	Hârtie
An	0189

Scăderea volumului sub volumul inițial la punctul 1 este de 0,071 ft3.

Scăderea nivelului lichidului sub centru este de 0,071/1,565 = 0,045 ft = 0,544 in.

Dimensiunea receptorului pentru amoniac

Greutatea amoniacului distilat = 3,328 lbs

Acest amoniac are volum (la 86°F) = 3,328/37,16 = 0,089 ft3.

Lăsați receptorul de amoniac să fie fabricat din țeavă Schedule 40, de 4 inci. Lungimea necesară = 0,089/0,0882 = 1,015 ft = 12,18 in.

În consecință, receptorul de amoniac (condensator-evaporator) a fost realizat dintr-o țeavă de fier neagră de 4 inci, lungime de 16 inci.

Căldura generației

Fie entalpia de 29.953 lbs de 0.40 acva-amoniac la 189°F = H ₃ , entalpia de 3.328 lbs de vapori de amoniac la temperatura medie de generare (aproximativ) 178° = H _A , entalpia de 33.281 lbs de aqua-ammoniac. F = _H1 .

Din fig. 3,2: Hl ₌ 33,281 x (-55) = -1830 Btu.

HA = 3,328 _x 627 = 2086 Btu.

H3 ₌ 29,953 x 75 = 2246 Btu.

Prin urmare, căldura de generare = H ₃ + H _A – H _l = 6162 Btu.

Radiația solară globală zilnică pe suprafață orizontală = 400 Cal.cm. ^-2 zile ^-1

Prin urmare, energia solară incidentă asupra colectorului este de 3,7 ori căldura de generare.

Căldura de condensare

După rectificare, amoniacul are o temperatură de 120°F.

Entalpie de 3,328 lbs de vapori de amoniac la o temperatură de 120°F

Entalpia de 3,328 lbs de amoniac lichid la o presiune de 170 psia și o temperatură de 86 °F = 3,328 x 138,9 = 462 Btu. Căldura totală de condensare = 2110 - 462 = 1648 Btu.

Condensatorul a fost menținut la o temperatură constantă în 1°F prin scufundarea lui în 135 galoane (80 x 80 x 80 cm3) de apă rece în timpul ciclului de generare. Rezervorul de apă era susținut de un suport de lemn.

Mai multe detalii despre design

O conductă de 1 inch a fost folosită pentru a conecta generatorul la rezervorul de amoniac. O lungime de 28 inci a acestei țevi care se ridică vertical de la colectorul de sus a fost folosită ca redresor pentru a îndepărta apa din amoniacul distilat. Linia de absorbție a fost realizată dintr-o țeavă de ¼ conectată la colectorul de jos, așa cum se arată în Fig. 3.4.

Fig. 3.4 - Frigider mic alimentat cu energie solară

Fig. 3.5 - Frigider alimentat cu energie solară

Au fost două supape de închidere pentru amoniac pentru a controla sistemul. Presiunea din sistem a fost indicată de două manometre de amoniac de tip bourdon; unul era atașat la generator, iar celălalt era în partea de sus a tubului care ducea la receptorul de amoniac. Un termometru a fost, de asemenea, folosit în partea de sus a redresorului pentru a măsura temperatura vaporilor de amoniac.

IV TESTE EXPERIMENTALE

Relația dintre temperatura plăcii și temperatura soluției

Colectorul-generator a fost încărcat mai întâi cu apă și s-au făcut măsurători de temperatură pentru a găsi relația dintre temperatura plăcii (T _T ) și temperatura soluției (TL ₎ . Au fost efectuate cinci teste (vezi Fig.4.1). S-a ajuns la concluzia că temperatura soluției a fost mai mică decât temperatura corespunzătoare a plăcii cu aproximativ 2,4°F. Totuși, s-a observat că la începutul și la sfârșitul fiecărei zile ambele temperaturi erau aceleași. Valorile medii ale diferențelor de temperatură T _P -T _L sunt prezentate în Fig. 4.2. Această calibrare a fost necesară deoarece nici un fiting pentru termometru de înaltă presiune nu avea a fost atașat la generator pentru măsurarea temperaturilor interne.

Rezultate experimentale

După evacuare, sistemul a fost încărcat cu soluție de apă-amoniac 0,46 (vezi Anexa A). Rezultatele obținute în timpul a patru teste sunt prezentate în figurile 4.3 până la 4.14. Aceste alergări au fost efectuate în zile aproape fără nori.

În Fig. 4.3 sunt ilustrate temperatura plăcii (T _p ), temperatura soluției (T _L ) derivată din calibrarea prezentată în Fig. 4.2, presiunea vaporilor soluției (P _l ), ​​temperatura amoniac-vaporului la ieșirea din redresor (T _{2 )} . ), și temperatura apei de răcire a condensatorului (T ₃ ) în timpul perioadei de generare. Presiunea evaporatorului, temperatura evaporatorului derivată din presiune, presiunea de absorbție și temperatura de absorbție pentru perioada de refrigerare sunt prezentate în Fig. 4,4. Ciclurile teoretice și efective executate de soluția în colector-generator sunt prezentate ca l-2-3'-4' și respectiv l-2-3-4-5 în Fig. 4.5.

Fig. 4.1 - Observarea temperaturii plăcii și soluției

Fig. 4.2 - Diferențele dintre temperatura plăcii și a soluției (T _P -T _L ): Media a cinci runde de testare.

Fig. 4.3 - Observație în timpul testului de refrigerare din 9 mai 1975

Fig. 4.4 - Observație în timpul testului de refrigerare din 9 mai 1975

Fig. 4.5 - Cicluri de soluții reale și teoretice pentru testare la 9 mai 1975

Fig. 4.6 - Observații în timpul testului de regenerare din 10 mai 1975

Fig. 4.7 - Observații în timpul testului de refrigerare din 10 mai 1975

Fig. 4.8 - Cicluri de soluții reale și teoretice pentru testare la 10 mai 1975

Fig. 4.9 - Observații în timpul testului de regenerare din 14 mai 1975

Fig. 4.10 - Observații în timpul testului de refrigerare din 14 mai 1975

Fig. 4.11 - Cicluri de soluții reale și teoretice pentru testare pe 14 mai 1975

Fig. 4.12 - Observații în timpul testului de regenerare din 17 mai 1975

Fig. 4.13 - Observații în timpul testului de refrigerare din 17 mai 1975

Fig. 4.14 - Cicluri de soluții reale și teoretice pentru testare la 17 mai 1975

Analiza testului din 14 mai 1974 (Figura 4.9, 4.10 și 4.11) este prezentată ca exemplu mai jos.

Cantitatea de amoniac distilat

Initial avem:

Concentrația soluției = 0,46

Greutatea totală a soluției = 33,281 lbs

Greutatea amoniacului = 15,309 lbs

Greutatea apei = 17,972 lbs

După regenerare, concentrația finală a soluției în colector-generator este 0,416, așa cum se arată în Fig. 4.11.

 Greutatea amoniaculuiGreutatea amoniacului + Greutatea apei=0,416{\displaystyle {\frac {\mbox{ Weight of ammonia}}{\mbox{Weight of ammonia + Weight of water}}}=0.416}

De cand

Greutatea apei = 17,972 lbs,

Greutatea amoniacului în soluție = 12.800 lbs.

Prin urmare

Cantitatea de amoniac distilat = 2.509 lbs.

Cantitatea de amoniac distilat a fost determinată și prin observarea nivelului lichidului din recipient. Fig. 4,15 prezintă geometria secțiunii transversale, a receptorului.

Lăsa

A fi aria secțiunii transversale a lichidului,

R este raza secțiunii transversale a receptorului,

h să fie înălțimea nivelului lichidului deasupra centrului receptorului,

1 să fie lungimea receptorului;

De asemenea, fie v volumul conductei de scurgere de sub receptor. Atunci volumul lichidului este egal cu Al + v.

Fig. 4.15 - Receptorul de amoniac în secțiune transversală.

Unde

A=ΠR22+hR2−h2+R2{\displaystyle A={\frac {\Pi R^{2}}{2}}+h{\sqrt {R^{2}-h^{2}}}+R^{2}}

Avem R = 2,013 inchi, 1 = 1,25 ft și v = 0,00105 smoc; iar după această rulare, sa observat că h este de 0,3 inci. Asta da

Volumul de amoniac lichid distilat = 0,0666 smoc

Acest volum de amoniac lichid a fost observat la ora 7.00 dimineața după regenerare; presiunea de vapori a amoniacului a fost de 169 psi.

Acum avem din tabelele cu amoniac:

Temperatura amoniacului = 86°F

Densitatea amoniacului lichid = 37,16 lb ft ³

Prin urmare, greutatea amoniacului lichid distilat = 2,48 Ibs.

Acest lucru este în acord cu cantitatea de 2,509 lbs calculată anterior din modificarea soluției de amoniac-apă. Dacă sunt distilate 2,48 lb de amoniac, concentrația finală în generator este de 0,4165, aceasta confirmă ciclul termodinamic real, așa cum se arată în Fig. 4.11.

Raport de răcire

Raportul de răcire al ciclului măsoară performanța sistemului și este definit ca

CoolingrAtio=n=QcQg{\displaystyle Coolingratio=n={\frac {Q_{c}}{Q_{g}}}}

Unde

Qc = răcire disponibilă în perioada de refrigerare și

Qg = căldură absorbită de generatorul colectorului în timpul regenerării.

Răcirea disponibilă în timpul perioadei de refrigerare poate fi calculată ca colows.

2,509 lbs de amoniac lichid la 86oF (169,2 psia) au entalpie

= 2,509 x 138,9 Btu

= 3,48,9 Btu

2,509 lbs de vapori de amoniac la 19oF au entalpie

= 2,509 x 617,5 Btu

= 1549,30 Btu

Prin urmare, se poate obține răcire

= 1540,30 – 348,50

= 1200,8 Btu

Căldura absorbită de soluție în timpul regenerării

Fie entalpia de 30,772 lbs de 0,416 acva-amoniac

la 193oF = H3,

entalpie de 2,509 lbs de vapori de amoniac la temperatura medie de generare

la 180oF = HA,

și entalpie de 33,281 lbs de 0,46 acva-amoniac

la 86oF = H1

Din fig. 4.11,

H1 = 33,281 x (-55) = -1830 Btu

HA = 2,509 x (625) = 1568 Btu

H3 = 30,772 x (79) = 2431 Btu

Căldura totală absorbită de soluție

= H1 +HA + H3

= 5829 Btu

Prin urmare, raportul de răcire

= 1200,8/ 5829

= 0,209

Coeficientul de performanță solar

COP solar este definit ca raportul de răcire care se poate obține față de cantitatea de energie solară absorbită de placa colectorului. Cantitatea de energie solară absorbită de placa colectată poate fi calculată așa cum se arată în detaliu în Anexa B. Pentru rularea pe 14 mai, cantitatea de energie solară absorbită de placă

= 13.237 Btu.

Prin urmare, solar COP

= 1200,8/ 13.237

= 0,0907

Rezultatele tuturor celor patru execuții experimentale sunt rezumate în Tabelul 4.1.

Tabelul 4.1 Rezumatul rezultatelor experimentale

Fig. 4.16 – Procesul de refrigerare – Fotografia de jos arată înghețul pe evaporator.

Discuţie

Deși sistemul a funcționat, rația de răcire și COP solar sunt încă scăzute ca în studiile anterioare ale lui CHINNAPPA (1962) și SWARTMAN și SWAMINATHAN (1971). Este dificil de controlat pierderile de căldură în sistem. Cu toate acestea, în timp ce Swartman a constatat că procesul de absorbție este lent, nu au existat astfel de dificultăți în procesul de refrigerare în acest sistem. Procesul de absorbție a fost finalizat în două ore și formarea gheții pe suprafața exterioară a evaporatorului a durat o jumătate de oră (Fig. 4.16).

V CONCLUZII ȘI PLANURI DE CONTINUARE A CERCETĂRII

Concluzii

A fost demonstrată capacitatea AIT în proiectarea, construcția și operarea sistemelor de refrigerare cu energie solară. În plus, s-a constatat că condițiile de funcționare sunt aproape exact în conformitate cu specificațiile de proiectare. Teoria sistemului este așadar bine înțeleasă. Noua caracteristică prin care vaporii de amoniac din evaporator sunt duși la capul inferior al generatorului, astfel încât căldura de absorbție în timpul procesului de refrigerare să fie disipată de pe placa plată, s-a dovedit că înlătură dificultatea întâmpinată de lucrătorii anteriori de a obține suficient de rapidă. absorbție pentru o funcționare satisfăcătoare

Considerații economice

Costul realizării acestei unități experimentale a fost de 15.500 de bahți. Dacă amortizarea și întreținerea anuală reprezintă 10 la sută din cost, atunci costul pe zi este de 4 bahți, efectul de răcire obținut într-o zi bună este suficient pentru a face 2 kilograme de gheață, iar studiile asupra climei radiațiilor solare arată că peste un an. randamentul mediu ar fi de aproximativ 1 kilogram de gheață pe zi. Prin urmare, 1 kilogram de gheață ar costa 4 bahți. Acesta este de unsprezece ori prețul cu ridicata al gheții din Bangkok. (0,375 bahts pe kilogram). Totuși, obiectivul în realizarea acestei unități experimentale a fost doar acela de a demonstra efectul de refrigerare produs din energia solară și de a câștiga experiență practică; nu s-a făcut nicio încercare de a optimiza performanța sistemului sau de a minimiza costul. Se pare, prin urmare, că un produs solar de gheață viabil din punct de vedere economic se află la o distanță uimitoare.

Modificări

În prezent, se lucrează la testarea a două noi funcții ale frigiderului. Prima este o supapă de expansiune cu o bobină de evaporare uscată conectată între receptorul de amoniac și orificiile de admisie de absorbție. Serpentinele evaporatorului vor fi folosite pentru a răci o cutie pentru a face gheață. A doua caracteristică este o oglindă plată folosită pentru a îmbunătăți încălzirea solară a generatorului. Vor fi testate diferite poziții ale atașării oglinzii. Aceste două caracteristici noi sunt prezentate în Fig. 5.1.

Dezvoltarea unui producător de gheață sat

Un aparat solar de gheață poate fi proiectat pentru uz casnic sau local. Unitățile de dimensiuni mai mari ale satului ar fi mai eficiente și, prin urmare, relativ mai ieftine. Prin urmare, obiectivul principal va fi proiectarea, construirea și testarea unui aparat solar de gheață care produce 100 de kilograme de gheață pe zi fără a utiliza ulei sau electricitate. Trebuie să fie robust și ușor de operat. O unitate care produce 100 de kilograme de gheață pe zi necesită o suprafață de colectare solară de aproximativ 20 de metri pătrați. Eficiența sistemului va fi îmbunătățită în mai multe moduri. Temperaturile ridicate de generare vor fi evitate prin menținerea constantă a concentrației de amoniac din generator cu ajutorul unui rezervor care conține exces de soluție. Capacitatea termică a încălzitorului solar va fi redusă prin utilizarea unui separator de coloană împachetat în locul unui colector cu diametru mai mare. Schimbatoarele de caldura vor fi folosite pentru a economisi caldura in timpul regenerarii si pentru a economisi frigul in timpul refrigerarii. Sistemul este prezentat în Fig. 5.2.

Fig. 5.1- Micul aparat solar de gheață

Fig. 5.2 – Noul sistem de fabricare a gheții cu energie solară propus

În timpul zilei, în timpul regenerării, supapa A este deschisă, iar B este închisă. Soluția puternică din partea de sus a rezervorului trece prin schimbătorul de căldură în partea de jos a încălzitorului, iar soluția slabă se întoarce în partea de jos a rezervorului. Vaporii de amoniac din separator sunt condensați într-o bobină scufundată în apă rece statică, iar lichidul de amoniac este colectat în recipient. Noaptea, în timpul răcirii, supapa A este închisă, iar B este deschisă. Amoniacul din receptor trece prin schimbătorul de căldură, supapa de expansiune B și evaporator. Vaporii sunt apoi absorbiți în apă-amoniac slab din rezervorul inferior. Căldura soluției este disipată de încălzitorul solar, iar soluția puternică revine în partea de sus a rezervorului. De asemenea, apa statică din jurul condensatorului este răcită prin expunerea la cerul nopții. În acest sistem, funcționalitatea tuturor unităților individuale a fost raportată în literatura de specialitate, dar ele nu au fost niciodată combinate în acest mod înainte. Cu toate acestea, este puțin probabil ca sistemul să prezinte probleme tehnice grave.

Alternative

S-a raportat recent de GUPTA (1976) că RL Datta și grupul său dezvoltă un sistem de amoniac-tiocianat de sodiu capabil să producă 75 kg de gheață pe zi. Coeficientul de performanta de proiectare este de trei ori mai mare decat valoarea obtinuta anterior si se vor evita problemele de rectificare inerente sistemelor amoniac-apa. Pentru încălzirea generatorului va fi folosit un colector parabolic cilindric de 25m2.

DATTA (1976) însuşi a remarcat că

„Este mult mai ușor să se răcească la 50 °F sau 60 °F și să furnizeze o umiditate scăzută decât să se răcească alimentele la temperatura de gheață……… Cercetările intense ar trebui îndreptate către echipamente indigene ieftine pentru a asigura o astfel de răcire în pivnițe care ar putea fi parțial subterane. colectoarele cu plăci plate cu suprafețe selective ar putea fi utilizate mai degrabă decât colectoarele mobile cu focalizare, iar operarea de către forța de muncă a țărilor în curs de dezvoltare în zonele lor rurale va fi mai ieftină decât mașinile automate care necesită investiții de capital mai mari. Există o problemă dificilă de a opera astfel de răcitoare solare în zone îndepărtate unde electricitatea nu este disponibilă”.

Observațiile făcute mai sus arată că dezvoltarea tehnologiei de refrigerare alimentată cu energie solară pentru utilizarea în zonele în curs de dezvoltare este un domeniu activ și că există diverse linii de cercetare de urmat. AIT va păstra legătura cu aceste evoluții și este capabil să aducă contribuții semnificative în domeniu.

Referințe

ANON., (1963), A case for Solar Ice Maker, Solar Energy 7 p.1

BA HLI, F., şi colab. (1970). Posibilități pentru aparatele solare de gheață. Conferința Internațională a Societății de Energie Solară, Melbourne, Australia.

CHINNAPPA, JCV, (1961), Studiu experimental al ciclului de refrigerare cu absorbție intermitentă a vaporilor folosind sistemele de absorbție frigorifică de amoniac-apă și amoniac-nitrat de litiu, energia solară 5 pp. 1-18.

CHINNAPPA, JCV, (1962), Performance of an Intermittent Refigerator Operated by a Flat-Plate Collector, Solar Energy Vol 6 pp. 143-150.

DATTA, CL, (1976), Energia solară – relevanța sa pentru țările în curs de dezvoltare. Document de lucru, Grup de lucru de experți privind utilizarea energiei eoliene și solare, martie 1976, Divizia resurselor naturale, ESCAP, Bangkok.

FARBER, EA, (1970), Design and Performance of a Compact Solar Refrigeration System, Paper No. 6/58, 1970, International Solar Energy Society Conference, Melbourne, Australia.

GUPTA, CL, (1976), Solar Energy in India, Document de lucru, Grup de lucru de experți privind utilizarea energiei eoliene și solare, martie 1976, Divizia resurselor naturale, ESCAP, Bangkok.

MERRIAM, MF, (1972), Surse de energie descentralizate pentru țările în curs de dezvoltare, Institutul de tehnologie și dezvoltare Centrul Est-Vest, Document de lucru Serios NR. 19

ACADEMIA NAȚIONALĂ DE ȘTIINȚE (1972), Energia solară în țările în curs de dezvoltare: perspective și perspective. Academia Națională de Științe, Washington, DC

SWARTMAN, RK, HA, VH, NEWTON, AJ, (1973) Survey of Solar-Powered Refrigeration, Societatea Americană a Inginerilor Mecanici, august 1973, 73-WA/Sol-6

SWARTMAN, RK, și SWAMINATHAN, C., (1971), Frigider alimentat cu energie solară, Inginerie mecanică, iunie 1971, voi. 6, p. 22-24.

Trombe, F. și FOEX, M., (1964), Bilanțul economic al producției de gheață cu și mașină de absorbție care utilizează soarele ca sursă de căldură, New Courses of Energy, voi. 4, Publicația ONU Vânzări Nr. 63.I.38, pp. 56-59

Anexa A

Încărcare

Pentru această cercetare a fost necesară o soluție de amoniac în apă. Uneori este mai economic să cumpărați amoniac anhidru și să descărcați direct în apă în condiții controlate pentru a obține o soluție cu rezistența dorită. Deoarece frigiderul alimentat cu energie solară era un sistem închis, nu necesita reîncărcare periodică. Reîncărcarea a fost necesară dacă unitatea a dezvoltat o scurgere sau dacă amoniacul a fost eliminat din orice motiv.

Echipamente

1. Cilindru de amoniac lichid

2. Rezervor de apă demineralizată

3. Rezervor acva-amoniac

4. Manometru

5. Furtun de cauciuc

6. Dicromat de potasiu

7. Cântar, 0-200 lbs

8. Supape

9. Pompa de vid.

Procedură

Configurați echipamentul așa cum se arată în Fig. A1 și A2. Este necesar să eliminați aerul din sistem. prezența aerului afectează performanța sistemului. Prin urmare, este necesară o pompă de vid. Este recomandabil să adăugați dicromat de potasiu (1 uncie la 60 de lire sterline) în apa demineralizată pentru a minimiza coroziunea internă a sistemului de refrigerare solară.

Următorii pași sunt parcurși în procedura de încărcare:

a) Deschideți V-6, V-1, V-2, V-3 pentru a evacua aerul din sistem printr-o pompă de vid, apoi închideți toate supapele.

b) Cântăriți rezervorul gol de apă-amoniac.

c) Deschideți V-1, V-2 și V-5 pentru a lăsa 18,9 lire de apă în rezervorul de apă-amoniac; închideți V-5 și V-2.

d) Deschideți ușor V-3 și V-4 pentru a lăsa 16,1 livre de amoniac lichid să intre încet în rezervor, închideți V-3 și V-4.

e) Lăsați rezervorul să se răcească timp de aproximativ șase sau opt ore, după care presiunea va scădea la un nivel scăzut.

f) Evacuați unitatea de refrigerare alimentată cu energie solară cu o pompă de vid.

g) Scoateți rezervorul de apă-amoniac din echipamentul de amestecare și montați-l pe unitatea frigorifică așa cum se arată în Fig. A3.

h) Pentru a obține un debit de încărcare de la rezervorul de apă-amoniac la generator, presiunea vaporilor din rezervor trebuie să fie mai mare decât presiunea vaporilor din generator. Prin urmare, generatorul este răcit prin udare, iar rezervorul este încălzit de soare.

i) Procesul de încărcare este oprit când capul superior al generatorului este pe jumătate plin.

Fig A1 – Echipament de amestecare

Fig. A2 – Echipament de amestecare

Fig. A-3 Echipament de încărcare

Anexa B

Estimarea radiației solare incidente

Se presupune că radiația difuză în luna mai în Bangkok este de 200 calcm-2day-1. De asemenea, vom presupune că radiația difuză pe un plan înclinat este o funcție liniară a unghiului de înclinare și este jumătate din cantitatea maximă atunci când planul este vertical. Unghiul de înclinare = 20 de grade față de orizontală. Prin urmare, radiația difuză pe colectorul înclinat (D') este estimată a fi 200 – 20/90x100 = 178 calcm-2zi-1. Radiația globală totală zilnică de la Institutul Asiatic de Tehnologie a fost înregistrată folosind un actinograf bimetalic instalat pe acoperișul clădirii de inginerie de nord a AIT. Rezultatele sunt prezentate în Fig. B1. În perioada testelor, soarele a trecut foarte aproape de zenit la prânz. Prin urmare, s-a presupus ca o aproximare că, întrucât colectorul (care se îndrepta spre sud) era înclinat la un unghi de 200 față de orizontală, componenta verticală a radiației solare directe ar trebui înmulțită cu un factor cos 20o pentru a estima componenta radiația directă incidentă în mod normal asupra colectorului. Deoarece radiația globală (Q)

= radiație directă + radiație difuză.

Radiația totală pe colectorul înclinat (Q')

= D' + (Q-200)cos20o

= 178 + (Q-200)x0,94 calcm-2zi-1,

unde Q este radiația globală zilnică.

Fig. B1 – Radiația solară globală zilnică la Institutul Asiatic de Tehnologie

pentru testul din 14 mai 1975

Q = 467 calcm-2zi-1.

Prin urmare,

Q = 429 calcm-2zi-1

= 24.514 Btu.zi-1 pe zona de colectare 4'x4'

= 16,342 Btu la 8 ore

Să presupunem că transmisia prin capacul de sticlă = 90%, prin urmare, aproximativ 90% din energia solară incidentă inițială va fi transmisă de primul capac de sticlă și alte 90% de către al doilea capac de sticlă.

Prin urmare, căldura care trece la placa colectorului este de aproximativ 13.237 BTU.

Trebuie subliniat faptul că estimările obținute prin această metodă sunt foarte aspre.

Lecturi suplimentare

refrigerare

refrigerare solară pentru vaccinuri

gătit solar

colector solar

izolatie

distilare

distilare solară

amoniac

manometru

presiunea de saturație

Datele paginii

O parte din	Mech425
Cuvinte cheie	tehnologie adecvata , solar , frigorific
Autorii	RHB Exell , Sommai Kornsakoo , DGDC Wijeratna , Jianlang Mai , Scott Gennings , Graham Coote , Ana Lise Herrera , Howard Swartz
Licență	CC-BY-SA-3.0
Limba	engleză (ro)
Traduceri	vietnameză , persană
Legate de	2 subpagini , 21 de pagini link aici
Impact	19.612 vizualizări de pagini
Sugestii	Adăugați o imagine principală
Creată	21 ianuarie 2010 de Scott Gennings
Modificat	23 octombrie 2023 de către botul StandardWikitext
Citează ca	RHB Exell , Sommai Kornsakoo , DGDC Wijeratna , Jianlang Mai , Scott Gennings , Graham Coote , Ana Lise Herrera , Howard Swartz (2010–2023). „Proiectarea și dezvoltarea unui frigider cu energie solară” . Apropie . Consultat la 30 ianuarie 2024 .
Interogări API	de bază , semantică , html , fișiere , mai mult