Diseño y planificación del montaje de una máquina prototipo de refrigeración solar por absorción para uso docente

Abstract

Una máquina de refrigeración solar por absorción es aquella que utiliza el fenómeno de absorción para enfriar un cuerpo, aprovechando el calor del sol como principal fuente de energía. Es una tecnología en desarrollo que presenta un potencial para ayudar a mitigar el cambio climático. Al utilizar una fuente de calor renovable y un refrigerante con un menor impacto ambiental, como es el agua, el desarrollo de esta tecnología puede llevar a un cambio importante en el consumo energético global. Además, el uso de radiación solar como principal fuente de energía puede ayudar a disminuir la demanda de electricidad que también se encuentra y prevalecerá en alza durante las próximas décadas. Se diseñó una máquina prototipo de refrigeración por absorción de simple efecto que utiliza bromuro de litio (LiBr) y agua (H2O). Su principal fuente de energía corresponde al recurso solar de su ubicación geográfica en Santiago de Chile (33° de latitud sur), la cual se obtiene a partir de un colector solar. Se diseñó un modelo matemático en código EES de la operación nominal en estado estacionario. La solución entrega una potencia de enfriamiento del orden de 1 kW al enfriar un cuerpo de agua desde la temperatura ambiente hasta los 14°C, utilizando un generador abastecido por agua caliente a 70°C, la cual es calentada con energía solar térmica, lo que entrega un COP de diseño de 0,72. La máquina opera a presiones subatmosféricas del orden de 1 a 5 kPa, por lo cual se diseñó de forma totalmente hermética. Para visualizar y dimensionar la máquina, también se diseñó un modelo CAD en 3D de todos sus componentes mediante el uso del software Autodesk Inventor 2019. Esta máquina contempla un sistema de instrumentación para caracterizar el ciclo termodinámico en tiempo real, permitiendo utilizarla para fines docentes. Además, el diseño contempla una estación modular, desmontable y móvil, ubicada en la azotea de un edificio. Adicionalmente, se elaboró una lista de cotizaciones de todos los componentes de la máquina y una estimación de costos de manufactura. Se estimó un costo total de $7.678.123 CLP siendo la inversión más cara la mezcla de solución LiBr-H2O.