Diseño de un sistema de acondicionamiento de aire por absorción mediante el uso de energía solar térmica y fotovoltaica
En el presente documento se muestra el proceso de diseño de un sistema de aire acondicionado por absorción que utiliza como energía principal la luz solar, para refrigerar un salón de clase en la Universidad Autónoma de Occidente. De esta manera se presenta una revisión bibliográfica de los sistemas...
- Autores:
-
Jarrín Garcés, Mario Fernando
Vivas Vélez, Sebastián
- Tipo de recurso:
- Trabajo de grado de pregrado
- Fecha de publicación:
- 2018
- Institución:
- Universidad Autónoma de Occidente
- Repositorio:
- RED: Repositorio Educativo Digital UAO
- Idioma:
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- OAI Identifier:
- oai:red.uao.edu.co:10614/10402
- Acceso en línea:
- http://hdl.handle.net/10614/10402
- Palabra clave:
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Diseño mecánico
Termodinámica
Universidad Autónoma de Occidente
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En el presente documento se muestra el proceso de diseño de un sistema de aire acondicionado por absorción que utiliza como energía principal la luz solar, para refrigerar un salón de clase en la Universidad Autónoma de Occidente. De esta manera se presenta una revisión bibliográfica de los sistemas de refrigeración por absorción convencional, sistemas de colectores solares, cargas térmicas. Inicialmente se realiza un modelado y levantamiento de las edificaciones de la UAO apoyándose en el software de arquitectura SketchUp para así obtener el modelo 3D de la planta física. Posteriormente se procede a realizar el análisis de sombras para así determinar qué punto específico de las edificaciones se encuentra sometido a la mayor cantidad de incidencia del sol. Posteriormente, se realiza la toma de dimensiones del lugar seleccionado y toma de temperaturas en cada una de las superficies de dicho lugar así como la identificación de los materiales de construcción que constituyen cada una de las superficies. Teniendo en cuenta estos datos tomados anteriormente, se procede a calcular la carga térmica del salón de clase determinando cada una de las cargas sensibles y latentes que afectan el lugar. Se realiza el análisis termodinámico del ciclo de refrigeración por absorción utilizando la primera ley de la termodinámica como concepto principal, en este se muestra los balances de materia y energía que se utilizan para determinar las propiedades termodinámicas necesarias para realizar el diseño de cada uno de los componentes del ciclo. Luego, se muestra el diseño mecánico de cada uno de los componentes del sistema de refrigeración por absorción, haciendo uso de las ecuaciones de transferencia de calor para así determinar la cantidad de tubos y dimensiones de cada uno de los intercambiadores de calor que componen el sistema. Por último se realiza un análisis económico en donde se muestra la inversión inicial y se realiza una proyección a 5 años, donde se estiman los gastos anuales de mantenimiento y operación afectados por la inflación anual, así como el valor de salvamento en el cual se puede realizar una futura venta del equipo. Esto con el fin de determinar el VPN y TIR y así considerar la viabilidad del proyecto. Para finalizar en los anexos se presenta el modelo 3D de cada uno de los intercambiadores de calor |
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BARATTO OROZCO, Jaime. Andrés; y GALLEGO RAMIREZ, Julián Camilo. Análisis exergético de un sistema de refrigeración por absorción de doble efecto con eyecto-compresión. Trabajo d egrado Ingeiero Mecánico. Pereira: Universidad Tecnológica. Facultad de Ingeniería Mecánuca. 2014. 123. p. BOAS MATAMOROS, R. A. Diseño y construcción de un refrigerador solar por absorcion de tipo intermitente, para una capacidad de enfriamiento de 10W. Tesis de grado Ingeniero Mecánico. Guayaquil: Escuela Superior politécnica del litoral. Facultad de ingeniería mecánica y ciencias de la producció. 2004. 149 p BRACAMONTE ESTRADA, Jesús Andrés., y COMAS VEGA, Esteban David. Determinación de la carga termica adecuada para la correcta climatización del locar DONK@N.COM ubicado en la Ciudad de Barranquilla. Trabajo de gradoingeniero Mecánico. Barranquilla: Universidad Autónoma del caribe. Facultad de ingenierpia. 2014. 108 p BELTRAN, Rafael. Refrigerador Solar- Ciclo de absorcion intermitente. Bogotá: Universidad de los Andes. 2010. 8 p. CAÑADAS NAVARRO, Mauricio. Ernesto., y TORRES GUZMAN, José Alfonso. Diseño de un refrigerador por absorcion para uso didactico. Tesis de grado Ingeniero Mecanico. San Salvador: Universidad del Salvador. Facultad de Ingenierías. Escuela de Ingeniería Mecánica. 2010.259 p CARRERA, Ángel, SISO, LAUR; HERENA; Antoni. et.al Evaluación del potencial de climatización con energía solar térmica en edificios. Estudio Técnico PER 2011-2020. Madrid:Idae. 2011. 456 p CENGEL, A. Yunus A,y BOLES, A. Michael. Termodinámica. 2 ed. México: McGrawHill. 2012. 581. p. -------. Transferencia de Calor y de Masa. 3 ed. México: McGrawHill. 2012. 980 p CONESA FERRER, Juan Antonio. Sistema de refrigeracion por compresion. España: RUA. 2011. 366 p DÍAZ TORRES, Yamileth., y MONTEAGUADO YANES, José Pedro. Sistemas de climatización solar de absorción. En: Barreras y perspectivas.Energéticas Junio, 2014, no. 43- 38 p EICKER, Ursula., PIETRUSCHKA , Dirk., HAAG, Maximiliam, et.al. Energy and economic performance of solar cooling systems world wide. En: ISES Solar World Congress, 2. 2014. 57 p FERNÁNDEZ DÍEZ, Pedro. (s.f.) [ en linea] España: Biblioteca sobre Ingeniería Energetica [ Consultado 16 de Octubre de 2016] Disponible en internet: de http://files.pfernandezdiez.es/IngenieriaTermica/Tablas/PDFs/Tablas.pdf FERNÁNDEZ PINO, Fernando. Análisis de los sistemas de refrigeración solar por adsorción. Trabajo de grado Ingeniero. Sevilla: Escuela técnica superior de ingenieros. Departamento de Ingeniería Energética. 2011. 150 p FLOREZ DIAZ, Osmar. Humberto y VELANDIA RAMIREZ, Renso Alejandro. Diseño y construccion de un prototipo para la experimentación en la refrigeracion absortiva usando la mezcla Bromuro de Litio (Br-Li) Agua. Trabajo grado ingeniero mecánico. Bucaramanga: Universidad Industrial de santander. Facultad de ingenieria Fisico mecánica.2012. 279 p GARCIA, Helena., CORREDOR, Alejandra., CALDERÓN, Laura. et.al Analsis costo beneficio de energias renovables no convencionales en Colombia. Bogotá: Fedesarrollo.2013. 90 p Georgia Institute Of Technology. Gergia.Thermophysical Property data for Lithiym Bromide/Water Solutions at elevated temperatures. Georgia Tech. (s/f).p.1 Guia para el cálculo de las cargas térmicas en los edificios.( Anónimo) [ en línea] ingemecanica (s.f.). [Consultado 23 de Septiembre de 2017].Disponible en internet: http://ingemecanica.com/tutorialsemanal/tutorialn255.html GONZALES DORIA, Yair. E., RAMIREZ ALVAREZ, Diana Julissa, TAPIA VERTEL, Andrés Felipe,et.al. Simulación y análisis de un sistema de refrigeracion por absorcion solar intermitente. 2015. 1 p Informe mensual de variables de generación y del mercado eléctrico Colombiano. (Anónimo) [en línea]. Bogotá: Upme. 2015 [ Consultado16 de Octubre de 2016] Disponible en internet: http://www.siel.gov.co/portals/0/generacion/2015/Seguimiento_Variables_Diciembre_2015.pdf JARA JOPIA, Camilo Sebastián. Factibilidad técnico-económica de climatización en el Norte Grande mediante ciclo de absorción y energía solar térmica. Trabajo de grado ingeniero Mecánco. Santiago de Chile: Universidad De Chile. Facultadde ciencias f´siicas y Matemáticas.2015. 130 p LABUS, Jerko. M., BRUNO, Joan Carles y CORONAS, Alberto. Review on absorption technology with emphasis on small capacity absorption machines. España: Termhal Sciencie.2013. 24 p MARCOS DEL CANO, Jose Daniel.. Prototipo de máquiina frigorífica de absorción de LiBr/H20 de doble efecto condensada por aire. Tesis doctoral Ingeniería Industrial. Madrid: Universidad Carlos III. Escuela superor de ingenieria Industrial. 2008. 217 p MARTINEZ OCHOA,Yamilé y BENÍTEZ HERNÁNDEZ, Agustín. Metodos generalizados de estimación de propiedades de transporte: viscosidad. Cuba: Universiad de Matanzas.2008. 4 p PALACIOS BERECHE, Reynaldo. Avaliação de sistemas de refrigeração por absorção H2O/LiBr e sua possibilidade de inserção no setor terciário utilizando gás natural. Trabajo de grado Ingeniero Mecánic. Campinas: Universiad Estadual. Facultad de Ingeniería Mecánica. 2007. 209 p. Patek, Jaroslav, y KLOMFAR, JA computationally effective formulation of the thermodynamic properties of LiBr_ H2O solutions from 273 to 500 K over full composition range. Praga: 2006. 1p. Plan Energetico Nacional Colombia: Ideario Energetico 2050. Bogotá: Upme. 2014. 1 p Reglamento Técnico de Instalaciones Térmicas en Edificaciones. Bogotá: acaire. 2017. 1 p RIVAS MARTINEZ, Gillermo Alfonso; CÁRCAMO PALENCIA, Edgardo Alfredo y VALLE CERNA, Milson. Diseño y construcción de un banco de refrigeración por absorción para uso didáctico, utilizando Agua y sales de Bromuro de Litio. Trabajo de grado ingeiero Mecánico. San Salvador: Universidad de El Salvador. Facultad de Ingenieria yArquitectura. 2016. 302 p ROMERO ROMO, Gerardo Martín. Análisis termodinámico de ciclos de refrigeración por absorcion (Amoniaco-Agua). Trabajo de Grado Mesria en Ingeniería mecáni. Mexico: Instituto Plotécnico Nacional. Seccion destudios de postgrados, 2006. 155 p Tecnologia de absorcion. [en línea]. España: Absorsistem. 2014 [ Consultado 07 de Julio de 2016,] Disponible en internet: www.absorsistem.com World Energy Outlook. Paris: Intrenational Energy Agency. 2013.708.p |
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Posteriormente se procede a realizar el análisis de sombras para así determinar qué punto específico de las edificaciones se encuentra sometido a la mayor cantidad de incidencia del sol. Posteriormente, se realiza la toma de dimensiones del lugar seleccionado y toma de temperaturas en cada una de las superficies de dicho lugar así como la identificación de los materiales de construcción que constituyen cada una de las superficies. Teniendo en cuenta estos datos tomados anteriormente, se procede a calcular la carga térmica del salón de clase determinando cada una de las cargas sensibles y latentes que afectan el lugar. Se realiza el análisis termodinámico del ciclo de refrigeración por absorción utilizando la primera ley de la termodinámica como concepto principal, en este se muestra los balances de materia y energía que se utilizan para determinar las propiedades termodinámicas necesarias para realizar el diseño de cada uno de los componentes del ciclo. Luego, se muestra el diseño mecánico de cada uno de los componentes del sistema de refrigeración por absorción, haciendo uso de las ecuaciones de transferencia de calor para así determinar la cantidad de tubos y dimensiones de cada uno de los intercambiadores de calor que componen el sistema. Por último se realiza un análisis económico en donde se muestra la inversión inicial y se realiza una proyección a 5 años, donde se estiman los gastos anuales de mantenimiento y operación afectados por la inflación anual, así como el valor de salvamento en el cual se puede realizar una futura venta del equipo. Esto con el fin de determinar el VPN y TIR y así considerar la viabilidad del proyecto. Para finalizar en los anexos se presenta el modelo 3D de cada uno de los intercambiadores de calorThis document shows the design process of an absorption air conditioning system which uses sunlight as its main source of energy in order to cool a classroom at the Universidad Autónoma de Occidente (UAO). In this way, a bibliographical review of conventional absorption refrigeration systems, solar collector systems and thermal loads is presented. Initially, a modeling and survey of the buildings of the UAO is carried out, relying on the SketchUp architecture software to obtain the 3D model of the physical plant. Then, the shadow analysis is carried out in order to determine which specific point of the buildings is subject to the greatest amount of incidence of the sun. Subsequently, the dimensions of the selected place are measured and the temperatures are taken on each of the surfaces of said place as well as the identification of the construction materials that constitute each of the surfaces. Keeping in mind these data previously taken, we proceed to calculate the thermal load of the classroom by determining each of the sensitive and latent loads which affects the place. The thermodynamic analysis of the refrigeration cycle by absorption is carried out using the first law of thermodynamics as the main concept. This shows the material and energy balances that are used to determine the thermodynamic properties required to carry out the design of each of the components of the cycle. Then, the mechanical design of each of the components of the absorption refrigeration system is shown, making use of the heat transfer equations to determine the number of tubes and dimensions of each heat exchanger which makes up the system. Consequently, an economic analysis is carried out in which the initial investment is shown, and a five-year projection is made, where the annual maintenance and operation expenses affected by annual inflation are estimated, as well as the salvage value for making a future sale of the equipment. This in order to determine the NPV and IRR and thus consider the viability of the project. Finally, the 3D model of each heat exchanger is presented in the annexes of this documentProyecto de grado (Ingeniero Mecánico)-- Universidad Autónoma de Occidente, 2018PregradoIngeniero(a) Mecánico(a)application/pdf119 páginasspaUniversidad Autónoma de OccidenteIngeniería MecánicaDepartamento de Energética y MecánicaFacultad de IngenieríaDerechos Reservados - Universidad Autónoma de Occidentehttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessAtribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)http://purl.org/coar/access_right/c_abf2instname:Universidad Autónoma de Occidentereponame:Repositorio Institucional UAOBARATTO OROZCO, Jaime. Andrés; y GALLEGO RAMIREZ, Julián Camilo. Análisis exergético de un sistema de refrigeración por absorción de doble efecto con eyecto-compresión. Trabajo d egrado Ingeiero Mecánico. Pereira: Universidad Tecnológica. Facultad de Ingeniería Mecánuca. 2014. 123. p. BOAS MATAMOROS, R. A. Diseño y construcción de un refrigerador solar por absorcion de tipo intermitente, para una capacidad de enfriamiento de 10W. Tesis de grado Ingeniero Mecánico. Guayaquil: Escuela Superior politécnica del litoral. Facultad de ingeniería mecánica y ciencias de la producció. 2004. 149 p BRACAMONTE ESTRADA, Jesús Andrés., y COMAS VEGA, Esteban David. Determinación de la carga termica adecuada para la correcta climatización del locar DONK@N.COM ubicado en la Ciudad de Barranquilla. Trabajo de gradoingeniero Mecánico. Barranquilla: Universidad Autónoma del caribe. Facultad de ingenierpia. 2014. 108 p BELTRAN, Rafael. Refrigerador Solar- Ciclo de absorcion intermitente. Bogotá: Universidad de los Andes. 2010. 8 p. CAÑADAS NAVARRO, Mauricio. Ernesto., y TORRES GUZMAN, José Alfonso. Diseño de un refrigerador por absorcion para uso didactico. Tesis de grado Ingeniero Mecanico. San Salvador: Universidad del Salvador. Facultad de Ingenierías. Escuela de Ingeniería Mecánica. 2010.259 p CARRERA, Ángel, SISO, LAUR; HERENA; Antoni. et.al Evaluación del potencial de climatización con energía solar térmica en edificios. Estudio Técnico PER 2011-2020. Madrid:Idae. 2011. 456 p CENGEL, A. Yunus A,y BOLES, A. Michael. Termodinámica. 2 ed. México: McGrawHill. 2012. 581. p. -------. Transferencia de Calor y de Masa. 3 ed. México: McGrawHill. 2012. 980 p CONESA FERRER, Juan Antonio. Sistema de refrigeracion por compresion. España: RUA. 2011. 366 p DÍAZ TORRES, Yamileth., y MONTEAGUADO YANES, José Pedro. Sistemas de climatización solar de absorción. En: Barreras y perspectivas.Energéticas Junio, 2014, no. 43- 38 p EICKER, Ursula., PIETRUSCHKA , Dirk., HAAG, Maximiliam, et.al. Energy and economic performance of solar cooling systems world wide. En: ISES Solar World Congress, 2. 2014. 57 p FERNÁNDEZ DÍEZ, Pedro. (s.f.) [ en linea] España: Biblioteca sobre Ingeniería Energetica [ Consultado 16 de Octubre de 2016] Disponible en internet: de http://files.pfernandezdiez.es/IngenieriaTermica/Tablas/PDFs/Tablas.pdf FERNÁNDEZ PINO, Fernando. Análisis de los sistemas de refrigeración solar por adsorción. Trabajo de grado Ingeniero. Sevilla: Escuela técnica superior de ingenieros. Departamento de Ingeniería Energética. 2011. 150 p FLOREZ DIAZ, Osmar. Humberto y VELANDIA RAMIREZ, Renso Alejandro. Diseño y construccion de un prototipo para la experimentación en la refrigeracion absortiva usando la mezcla Bromuro de Litio (Br-Li) Agua. Trabajo grado ingeniero mecánico. Bucaramanga: Universidad Industrial de santander. Facultad de ingenieria Fisico mecánica.2012. 279 p GARCIA, Helena., CORREDOR, Alejandra., CALDERÓN, Laura. et.al Analsis costo beneficio de energias renovables no convencionales en Colombia. Bogotá: Fedesarrollo.2013. 90 p Georgia Institute Of Technology. Gergia.Thermophysical Property data for Lithiym Bromide/Water Solutions at elevated temperatures. Georgia Tech. (s/f).p.1 Guia para el cálculo de las cargas térmicas en los edificios.( Anónimo) [ en línea] ingemecanica (s.f.). [Consultado 23 de Septiembre de 2017].Disponible en internet: http://ingemecanica.com/tutorialsemanal/tutorialn255.html GONZALES DORIA, Yair. E., RAMIREZ ALVAREZ, Diana Julissa, TAPIA VERTEL, Andrés Felipe,et.al. Simulación y análisis de un sistema de refrigeracion por absorcion solar intermitente. 2015. 1 p Informe mensual de variables de generación y del mercado eléctrico Colombiano. (Anónimo) [en línea]. Bogotá: Upme. 2015 [ Consultado16 de Octubre de 2016] Disponible en internet: http://www.siel.gov.co/portals/0/generacion/2015/Seguimiento_Variables_Diciembre_2015.pdf JARA JOPIA, Camilo Sebastián. Factibilidad técnico-económica de climatización en el Norte Grande mediante ciclo de absorción y energía solar térmica. Trabajo de grado ingeniero Mecánco. Santiago de Chile: Universidad De Chile. Facultadde ciencias f´siicas y Matemáticas.2015. 130 p LABUS, Jerko. M., BRUNO, Joan Carles y CORONAS, Alberto. Review on absorption technology with emphasis on small capacity absorption machines. España: Termhal Sciencie.2013. 24 p MARCOS DEL CANO, Jose Daniel.. Prototipo de máquiina frigorífica de absorción de LiBr/H20 de doble efecto condensada por aire. Tesis doctoral Ingeniería Industrial. Madrid: Universidad Carlos III. Escuela superor de ingenieria Industrial. 2008. 217 p MARTINEZ OCHOA,Yamilé y BENÍTEZ HERNÁNDEZ, Agustín. Metodos generalizados de estimación de propiedades de transporte: viscosidad. Cuba: Universiad de Matanzas.2008. 4 p PALACIOS BERECHE, Reynaldo. Avaliação de sistemas de refrigeração por absorção H2O/LiBr e sua possibilidade de inserção no setor terciário utilizando gás natural. Trabajo de grado Ingeniero Mecánic. Campinas: Universiad Estadual. Facultad de Ingeniería Mecánica. 2007. 209 p. Patek, Jaroslav, y KLOMFAR, JA computationally effective formulation of the thermodynamic properties of LiBr_ H2O solutions from 273 to 500 K over full composition range. Praga: 2006. 1p. Plan Energetico Nacional Colombia: Ideario Energetico 2050. Bogotá: Upme. 2014. 1 p Reglamento Técnico de Instalaciones Térmicas en Edificaciones. Bogotá: acaire. 2017. 1 p RIVAS MARTINEZ, Gillermo Alfonso; CÁRCAMO PALENCIA, Edgardo Alfredo y VALLE CERNA, Milson. Diseño y construcción de un banco de refrigeración por absorción para uso didáctico, utilizando Agua y sales de Bromuro de Litio. Trabajo de grado ingeiero Mecánico. San Salvador: Universidad de El Salvador. Facultad de Ingenieria yArquitectura. 2016. 302 p ROMERO ROMO, Gerardo Martín. Análisis termodinámico de ciclos de refrigeración por absorcion (Amoniaco-Agua). Trabajo de Grado Mesria en Ingeniería mecáni. Mexico: Instituto Plotécnico Nacional. Seccion destudios de postgrados, 2006. 155 p Tecnologia de absorcion. [en línea]. 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