Sistema de Refrigeración por Absorción y Adsorción--- Energía Solar Fotovoltáica

Como última actividad, daremos un vistazo a los últimos 2 temas de interés en el laboratorio de Termo. II: Los sistemas de Refrigeración por Absorción y la Energía Solar Fotovoltaica.
La siguiente investigación deberá ser entregada, de forma individual, el jueves 20 de noviembre.

SISTEMA DE REFRIGERACIÓN POR ABSORCIÓN Y ADSORCIÓN.

1.       ¿Cómo funcionan los sistemas de refrigeración por absorción y por adsorción? ¿Cuáles son las diferencias y similitudes entre ambos sistemas?

2.       Señale ventajas y desventajas del uso de estos sistemas, con respecto a los sistemas de refrigeración por compresión.

3.       Describa tres ciclos de refrigeración por adsorción y por absorción.

4.       Compare los sistemas refrigeración por adsorción y por absorción, a nivel de rendimiento térmico (COP). ¿Para qué tipo de aplicaciones podrían ser útiles cada uno de estos sistemas?

5.       Realice un resumen  del artículo “Simulación de un Sistema de Acondicionamiento de Aire por Absorción Con Asistencia Solar en Panamá Utilizando TRNSYS” publicado en la Revista I+D Tecnológico de la UTP, colaboración por parte de la Ing. Rhona Diaz y el Ing. Esteban Quintana.

Algunas Referencias

E. Quintana y R. Díaz, «Simulación de un sistema de acondionamiento de aire por absorción conasistencia solar en Panamá utilizando TRNSYS,» I+D Tecnológico, vol. 9, nº 2, pp. 48-58, 2013.

E. Torrella Alcaraz, D. Sánchez García-Vacas, R. Cabello López, J. Patiño Pérez y R. Llopis Doménech, «Lasmáquinas de producción de frío por adsorción con la mezcla sílica gel-agua,» Montajes e instalaciones, vol. XLI, nº 458, pp. 56-67, 2011

 

 

ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTÁICA

Vea los siguientes videos:

Curso Solea 2

Curso Solea 3

Curso Solea 5

Curso Solea 7

En base a los mismos, desarrolle:

1.       Describa, detalladamente, cómo funciona un panel solar.

2.       ¿En qué se diferencian los diversos tipos instalaciones fotovoltaicas?

3.       Haga un listado de equipos que necesitan, cada uno de los tipos de instalaciones fotovoltaicas.

Prueba de Conocimientos

Como les prometí, adjunto un conjunto de preguntas que les ayudarán a prepararse para sus quices N°1 y 2.

 EL QUIZ #1 SERÁ EL 6/11/14 Y EL QUIZ #2, EL 13/11/14 PARA AMBOS GRUPOS.
 

Asignación Adicional

Solo para el 1MI-131 (B): Adjuntar el desarrollo de las siguientes preguntas en su informe de laboratorio de Motor Diesel.

 

1.      ¿Cuál es la diferencia fundamental entre los motores Otto y Diesel? ¿Cuáles son las diferencia físicas entre ambos motores?

2.      El motor de encendido por compresión puede trabajar con una relación de aire combustible de 50:1, mientras que un motor encendido por chispa común, no puede quemar una mezcla que tenga más de 20 partes de aire por 1 de combustible. Explique por qué.

3.      Para cada uno de los motores estudiados, haga una lista de las ventajas y desventajas de los motores de 2 tiempos, con respecto a los de 4 tiempos.

4.      Investigue cuales son los sistemas de inyección de combustible que se han utilizado y se utilizan en la actualidad, para motores diesel y motores a gasolina.


 

Sistema de Refrigeración en la UTP- Equipo GUNT 915.07

Un  sistema  de  acondicionamiento  de  aire  por  compresión  de  vapor  (ó  de  expansión directa),  es  una  máquina  térmica  que  remueve  energía  en  forma  de  calor  desde  un depósito  de  calor  a  baja  temperatura  y  cede  calor  a  un  sumidero  de  calor  de  alta temperatura mediante la aplicación de un trabajo. Este  sistema  consta  de  dos  ciclos:  de  refrigerante  y  de  aire  húmedo.

 

El  ciclo  de refrigeración es de expansión directa y utiliza una sustancia (refrigerante) que atraviesa por diferentes procesos, transportando así energía.

 

En el ciclo de aire sobresalen: el evaporador como punto de intercambio de energía con el ciclo de  refrigerante. También se encuentra la red de conductos de aire que manejan el aire de suministro, el aire de ventilación (exterior), el aire de retorno y el aire agotado.

Ambos ciclos serán estudiados mediante la experiencia que desarrollaremos proximamente, como laboratorio N°6, en la que haremos uso del módulo experimental de GUNT, 915.07 facilitado por la Facultad de Ingeniería Mecánica, de la UTP.

 

A continuación, les comparto la guía que estaremos utilizando en dicha experiencia.

 





PSICROMETRÍA

Debido a inconvenientes en cuanto a la disponibilidad del equipo pare realizar esta experiencia, realizaremos como laboratorio N°6: Taxonomía de componentes en  un sistema de acondicionamiento de aire por compresión de vapor (o expansión directa).  Luego de "Fiesta Patrias", realizaremos la experiencia relacionada al tema de Medición de Propiedades del Aire.

Recuerden llevar esta guía para realizar la experiencia (1 por grupo) y adicionalmente, les agradezco llevar una carta psicométrica, preferiblemente en unidades del sistema inglés.
 

 

Debido a los antes mencionado, les comparto un cronograma actualizado de las actividades que realizaremos en nuestras últimas clases; y la nueva división de porcentajes de la evaluación del laboratorio, debido a que no se llevó a cabo la gira a la Planta de Miraflores.

 

30 de Octubre- 6 de Noviembre

Laboratorio N°6: Taxonomía de componentes en  un sistema de acondicionamiento de aire por compresión de vapor (o expansión directa).
 

6 de Noviembre (Grupos B y C)

Laboratorio N°7: Mediciones Psicrométricas.  Quiz N°1

 

13 de Noviembre (Grupos B y C)

Quiz N°2
 

17/20 de Noviembre

Entrega de Investigación: Sistema de Refrigeración por Absorción y Plantas Fotovoltaicas.

 
 

Evaluación (a discutir en la próxima clase)

 

Asistencia  10%

Aportes al Blog, Investigaciones y Clase Practica 15%

Informes de Laboratorio 50%

Quices 25%

Experiencia: MOTOR DIESEL DE 4 TIEMPOS CT-151- Módulo CT- 159

Continuando con el tema de motores de combustión interna (reciprocantes); esta semana, trabajaremos con el equipo de prueba de un Motor Diesel de 4 tiempos, el cual forma parte de las herramientas didácticas ofrecidas por la Facultad de Ingeniería Mecánica de la UTP.

La descripción del equipo, marco teórico, procedimiento y preguntas de análisis previo tras la experiencia, se detallan, a continuación, en la guía de laboratorio que he preparado para ustedes.
 

 

Nota:

EL CONSUMO DE AIRE DADO POR EL MÓDULO CT-159, ES FLUJO VOLUMÉTRICO EN L/MIN.

Motores de Combustión Interna

Como actividad de esta semana, realizamos algunos problemas de ciclos Otto, Diesel y Dual, los cuales modelan a los motores de combustión interna (reciprocantes) a Gasolina y Diesel.

A continuación, presento los problemas resueltos presentados en clases. En los mismos, planteo un orden de solución que deben seguir al momento de resolver los problemas propuestos (para entregar en la próxima clase, de forma individual).

 

Turbinas de Gas

A manera de introducción, a continuación, se presenta un video en el que se comentan algunas generalidades sobre las turbinas de gas, cortesía de la empresa española RENOVETEC.

Las turbinas de gas son modeladas mediante un ciclo simple de potencia, conocido como Ciclo Brayton, el cual fue discutido en clases.

Un parámetro de gran importancia al momento de diseñar una turbina de gas es la relación de presión. La actividad que realizaremos respecto a este capítulo, tiene como uno de sus objetivos, evaluar la la importancia de considerar este parámetro, no solo a nivel de su influencia en cuanto a eficiencia, sino que también en cuanto a costos.

ACTIVIDAD: Diseño de una Turbina de gas con Cogeneración.

Adicionalmente, anexo la sección 15.6.1

 

 

Aplicaciones de los ciclos de Potencia de Vapor y uso del Diagrama de Mollier

A continuación, se describe de forma general, dos aplicaciones de interés de los ciclos de potencia de vapor, que se utilizan en la actualidad debido al carácter renovable de sus fuentes de calor.

Ciclo rankine generacion geotermica y oceanica  

 

VISITA  A LA PLANTA GEOTÉRMICA SAN JACINTO TIZATE

Una de las principales fuentes de energía eléctrica de manera renovable, en Nicaragua, son sus plantas de generación geotérmica gracias al elevado potencial de esta energía renovable en este país. En clases, presentaré el video que preparé para ustedes luego de mi visita a la Planta San Jacinto Tizate en Telica, Nicaragua. Aquí le dejo, un reporte relacionado, por parte del noticiero nicaragüense vivanicaragua 13.

 

Como parte de nuestro estudio de los ciclos de vapor, se habló sobre los diagramas de Mollier y su uso para representar los estados del agua a la entrada y salida de cada uno de los elemento que conforman a la planta. Como actividad de aplicación, se realizará un problema diseñado con la data general de la planta San Jacinto Tizate para evaluar diversos parámetros de interés y utilizar los curvas T vs s y h vs s para su representación.
 

Trampas de Vapor

 

Otro de los  dispositivos que podemos encontrar en las Plantas de Vapor, especialmente en las que operan idealmente bajo el Ciclo Rankine Regenerativo. Como veremos a continuación, las trampas de vapor o válvulas de expansión, realizan procesos que involucran la expansión del fluido de trabajo de forma isoentálpica... Ahora veamos para que se utilizan las trampas de vapor, sus tipos y el funcionamiento de cada uno de ellos.

 

 



A continuación, veamos diversos tipos de trampas de vapor en operación.

 

Plantas de Vapor: Vistazo a algunos de sus equipos

Como ya sabemos, las plantas de vapor están conformadas por 4 elementos principales: una caldera, la turbina, el condensador y una bomba. Dependiendo del ciclo Rankine bajo el cual trabaje la planta, la cantidad de estos elementos es variable; esto siempre con miras a mejorar la eficiencia de la central. Además, mencionamos el uso de intercambiadores de calor abiertos y cerrados (cámaras de agua de alimentación) al igual que el de trampas de vapor (válvulas de expansión), las cuales estudiaremos a mayor profundidad, próximamente.

Ahora echemos un vistazo al funcionamiento, características y tipos de algunos de sus principales elementos:

CALDERAS

Se ilustra el funcionamiento y los diversos tipos de calderas mediante la siguiente presentación de diapositivas.

Calderas 

 

Ahora veamos este interesante video suministrado por la compañía Spirax Sarco la cual se dedica al diseño de elementos de control para mejorar la eficiencia de las calderas y nos presenta un estudio del funcionamiento de calderas pirotubulares desde un punto de vista de funcionamiento interno.

 

 

 

 

TURBINAS

 

Se ilustra el funcionamiento y los diversos tipos de  turbinas de vapor mediante el siguiente video.

 

 

 

CONDENSADORES:  SISTEMA DE ENFRIAMIENTO

Un punto de vital importancia en la máquina térmica analizada es que es necesario un foco a baja temperatura donde se ceda calor a fin de cumplir la 2da Ley de la Termodinámica (Enunciado de Kelvin- Plank y de Clausius). Para realizar este trabaja utilizamos condensadores que son intercambiadores de calor entre el fluido de trabajo y un fluido refrigerante. Veamos ahora los diversos tipos de sistemas de enfriamiento empleados para realizar esta función en los ciclos de vapor.

Condensador

 

Otro dispositivo ampliamente utilizado en la plantas de Vapor, es la válvula de expansión o trampa de vapor. Da click a la imagen ubicada en el marco derecho para conocer más acerca de ellas.

Plantas de Vapor- Ciclo Rankine

Una de las aplicaciones más valiosas de la Termodinámica es la producción de potencia eléctrica a partir del uso de plantas que funcionan mediante un ciclo de potencia de vapor, las cuales utilizan agua como fluido de trabajo, que se evapora y condensa alternadamente.

Para todo ingeniero eléctrico y mecánico es de suma importancia la comprensión del funcionamiento de estos ciclos, pues en la actualidad las plantas de potencia que utilizan vapor son las más utilizadas a nivel mundial, las cuales trabajan, básicamente, bajo el mismo ciclo, sin importar el tipo de fuente de energía (combustión de combustibles fósiles -carbón, gas o petróleo-, de la fisión nuclear en un reactor o alguna fuente alternativa de energía renovable...) 

 

Un ciclo de potencia eléctrica actual a gran escala resulta muy complejo en cuanto a los flujos de masa y de energía. Para simplificar la naturaleza de estos ciclos se estudian en profundidad, tomando como referencia modelos sencillos que contienen procesos idealizados. La importancia de los mismos radica en nos brindan información cualitativa muy importante sobre los diversos aspectos que afectan el funcionamiento del ciclo. Es en este punto donde surgen los CICLOS RANKINE, como modelos ideales para las centrales eléctricas de vapor. 

 

A continuación,  se presentan tópicos generales sobre las plantas de vapor, el modelado  de estos sistemas como CICLOS RANKINE y un desglose de la función realizada por cada equipo que lo conforma; además del balance de energía correspondiente a cada uno,  realizando las suposiciones correspondientes al análisis de los mismos, como dispositivos de flujo estable y estado estable (f.e.e.e). (ver también Blog Termociclos Virtual- Ciclo Rankine Simple)

Ciclo Rankine Simple  por Itamar Harris

 En el último punto, analizamos la eficiencia de este ciclo y como antes se ha estudiado, esta eficiencia está condicionada por la segunda ley de la termodinámica que restringe el valor máximo de eficiencia que podemos obtener, la cual comúnmente es conocida como eficiencia de Carnot. Ahora bien, ¿será posible realizar cambios en nuestro sistemas de tal forma que podamos elevar el valor de eficiencia obtenido a un valor más cercano al de Carnot y que aumenten sus viabilidad práctica? Pues veamos algunas opciones...

• Reducción  de  la  presión  del  condensador:  En  este  procedimiento  se  disminuye automáticamente  la  temperatura  del  condensador  otorgando  un  mayor  trabajo  a  la  turbina y una disminución del calor rechazado. La desventaja es que la humedad del vapor empieza a aumentar ocasionando erosión en los álabes de la turbina.
• Aumentar  la  presión  de  la  caldera  para  una  temperatura  fija:  Al  aumentar  la  presión aumenta  la  temperatura  a  la  cual  se  añade  calor  aumentando  el  rendimiento  de  la  turbina  por ende la del ciclo. La desventaja es la humedad excesiva que aparece.
• Sobrecalentar  más el vapor a la entrada de  la  turbina:  se  procede  a  recalentar  el  vapor a  altas  temperaturas  para  obtener  un  mayor  trabajo  de  la  turbina,  tiene  como  ventaja  que  la humedad disminuye. Este aumento de la temperatura está limitado  por  los  materiales a  soportar altas temperaturas.
• Recalentamientos  intermedios  del  vapor,  escalonando  su  expansión.  Esto  es,  tener varias  etapas  de la turbina,  llevando  a  condiciones  de  sobrecalentamiento  mediante  recalentadores (Moisture  Steam  Reheaters  en  el  caso  de  centrales  nucleares)  y  de  un economizador.  Este escalonamiento de la expansión da lugar a los cuerpos de alta, media y baja presión de turbina.
• Realizar  extracciones  de  vapor  en  la  turbina,  calentando  el  agua  de  alimentación  a la  caldera,  aumentando  su  entalpía.  El  número  de  extracciones  no  suele  superar  las  7,  ya  que no  implicaría  una  mejora  de  rendimiento  considerable  frente  a  la  complicación  técnica  que conllevan.

 

En la práctica, es común utilizar los últimos 2 métodos mencionados, debido a los beneficios que presentan. A continuación, se presenta el análisis termodinámico de estas 2 mejoras y posibles configuraciones...

 

Ciclo Rankine con Recalentamiento  por Itamar Harris

Ciclo Rankine Regenerativo  por Itamar Harris

Luego de este estudio general, echemos un vistazo a:

-Plantas de Vapor: Funcionamiento y tipos de algunos de sus principales equipos



Bienvenidos, Estudiantes del 1MI- 131 (B)

Hola!

Bienvenidos a TERMOLAB UTP, una ventana para compartir información y discutir los diversos temas a tratar durante su curso de laboratorio de Termodinámica II.

A continuación, detallo un listado de los temas que estudiaremos durante el transcurso de este semestre:

• Plantas de Vapor: Funciones de cada equipo
• Diagramas de Mollier aplicados a Plantas de Vapor
• Trampas de Vapor
• Turbinas de Gas
• Motores Reciprocantes

Estén atentos a la información compartida por este medio. Sus aportes a este proyecto y fechas de evaluación serán informadas previamente.

Sin más,


Saludos!


Itamar A. Harris B.
Instructora

"Según vamos adquiriendo conocimientos, las cosas no se hacen más comprensibles, sino más misteriosas." 

Albert Schweitzer

"La inteligencia consiste no sólo en el conocimiento, sino también en la destreza de aplicar los conocimientos en la práctica"

Aristóteles