Modelamiento del proceso de adsorcion y desorcion de metanol en un lecho de carbón activado para la aplicación en sistemas de refrigeración solar por adsorción intermitente (2006)
Resumen: Los sistemas de refrigeración por adsorción permiten aprovechar fuentes térmicas no convencionales como la energía solar y desechos de calor residual generados por el proceso industrial. En estos sistemas, no se utilizan equipos altamente consumidores de energía eléctrica como los compresores; sino que son remplazados por otros “generadores”, que cumplen la misma función pero realizan procesos diferentes: desorción (generación de gases) y Adsorción. El generador es el equipo clave de un equipo de refrigeración de esta naturaleza, en él se realizan las operaciones físicas de adsorción y desorción de gases, la cual permite la generación de frío en el evaporador. También se presentan fenómenos de transporte y de transferencia de materia, energía y momentum simultáneos que le agregan complejidad en el momento de desarrollar un modelo matemático confiable. En este proyecto se desarrollo un modelo matemático para dar cuenta del comportamiento del generador durante su etapa de adsorción y desorción la cual se realizan en condiciones no estacionarias en un medio no uniforme. Por lo tanto el modelo matemático planteado unidimensional, dependiente del tiempo, bifásico de carácter fenomenológico en el cual se encuentran acopladas las ecuaciones de balance de materia, energía y cantidad de movimiento en coordenadas cilíndricas variando la presión para el lecho de carbón activado contenido en el generador. El modelo matemático de adsorción y desorción de metanol en carbón activado se discretizó en el espacio por el método de volúmenes finitos, utilizando la aproximación de un esquema de diferencia central para representar la conducción térmica del gas y del sólido, y para los términos convectivos masicos y energéticos se utilizó el esquema upwind de primer orden bajo la plataforma de Fortran 90, teniendo la ventaja de poder ser usado para diferentes parejas adsorbato/adsorbente, usando la misma estructura matemática y algorítmica. Los resultados obtenidos de la simulación fueron validados satisfactoriamente con información experimental obtenida de datos de pruebas de campo y con datos reportados en la literatura. El modelo permite obtener los perfiles de temperatura, presión, densidad y velocidad del gas en dirección radial como también la temperatura del sólido y la cantidad adsorbida (o desorbida) de metanol en el lecho de carbón activado, durante las etapas de adsorción / evaporación y desorción / condensación. Una de las cosas relevantes del trabajo se relaciona con la inclusión de términos adicionales en las ecuaciones de balance las cuales no han sido tenidas en cuenta por los modelos existentes en la literatura. Esto le da un carácter innovador y explicativo a la hora de analizar los comportamientos observados a partir de las pruebas experimentales en equipos de esta naturaleza. Otro aspecto innovador del modelo desarrollado es que se puede construir el diagrama de Clapeyron real, en el cual se puede observar la variación de la presión y la temperatura del lecho, además prever y facilitar el entendimiento de los fenómenos adsortivos, de transporte y de transferencia que se presenta fidedignamente mediante los datos experimentales. El Diagrama Clapeyron real (variando la presión dentro del lecho) se construyo con los datos de simulación para las etapas de adsorción y desorción, el cual se valido con datos de campo reportados en la literatura, y se completa con el cálculo de COP para un ciclo de refrigeración ideal (presión constante). El diagrama Clapeyron construido es el pionero a nivel mundial según el estado del arte.