Estudio de máquinas de absorción para acondicionamiento de aire utilizando energía solar

Abstract

El presente proyecto tiene por objeto estudiar y valorar de forma técnica y económica los sistemas de refrigeración por absorción accionados con calor solar. La refrigeración por absorción es un sistema que compite tecnológicamente con los sistemas tradicionales de refrigeración por compresión. La principal diferencia entre ambos es que los ciclos de absorción requieren de una energía de entrada de energía al sistema en forma de calor mientra que en los ciclos de compresión la entrada de energía viene dada por un trabajo que se le comunica al fluido. El coeficiente de operación o COP, que es una medida de la eficiencia de una máquina de refrigeración, es menor en el caso de una máquina de absorción (en tomo a O, 7) que en el de una de compresión (en tomo a 3). Por lo tanto, para que una máquina de absorción resulte competitiva la energía que se le suministra al sistema debe ser barata pues de lo contrario no resulta competitiva En el caso de la energía solar está energía es gratuita. Dada la alta dependencia que tiene este modelo de la irradiación solar y dada también la amplia diversidad de los dimas de la península ibérica. Se estudia la viabilidad del sistema en tres emplazamientos distintos: • Sevilla, con clima mediterráneo e influencias del clima continental. Se caracteriza por tener elevados índices de radiación y veranos secos y calurosos. • Madri~ con clima continental. Se caracteriza por tener veranos cálidos e inviernos fríos mientras que la primavera y el otoño son suaves. • Barcelona, con clima mediterráneo puro. Tiene una alta irradiación. La climatología es suave, sin tener inviernos fríos y veranos calientes. Para cada emplazamiento se calculan las cargas térmicas de la vivienda con el paquete informático que suministra la empresa de aislamientos térmicos "URSA". La vivienda es una vivienda media cuya descripción detallada está contenida en la descripción del modelo. Para la analizar la viabilidad técnica del sistema Se estudia la oferta disponible en el mercado de las máquinas de absorción. Atendiendo a criterios de precio y potencia se escogen dos máquinas de las disponibles en el mercado: Yaz.aki WFC-SC05 de 17,5 kW y Rotártica de 4,5 kW. El modelo estará apoyado por una caldera para el caso en que la energía solar no sea suficiente para completar la demanda. La eficiencia de la caldera se supone del 93%. Otro punto que también ha sido considerado en el proyecto es el tipo y número de captadores necesarios para cubrir la demanda de refrigeración. En este caso se estudian los captadores solares planos y los captadores de tubo de vacío. Tras los cálculos pertinentes se obtienen que los únicos captadores que hacen viable una instalación de estas características, son los de tubo de vacío debido a su mejor rendimiento. La viabilidad económica de un sistema de refrigeración por absorción está muy condicionada por su elevada inversión inicial es por esto que para conocer si resulta rentable su instalación se ha de calcular la energía ahorrada. Esta energía ahorrada es la diferencia entre energía que emplearía un sistema de compresión accionado con electricidad y la energía que el sistema de apoyo suministra al ciclo cuando no alcanza con la energía solar. Esta diferencia energética representa un coste ahorrado y, a lo largo de la vida útil de la máquina puede representar un ahorro importante. Para el estudio de la rentabilidad se utilizan dos métodos económicos: El VAN y el payback. El primero cosiste en actualizar el valor futuro de los ingresos y el segundo en establecer el número de años en los que se recupera la inversión. Tras el estudio se concluye que una instalación solar orientada única y exclusivamente a la refrigeración no resulta rentable incluso con el apoyo de las subvenciones públicas. Sin embargo este tipo de instalaciones combinadas con otras como la producción de ACS y la calefacción puede convertir una instalación de este tipo en un proyecto de alta rentabilidad. El estudio ambiental revela que mediante la instalación solar se ha evitado la emisión a la atmósfera de 751 kg de C02; 1233 kg de S02; 1012 kg de Nox anuales. Contribuyendo de esta forma al cumplimiento del protocolo de Kyoto así como al Plan de Energías Renovables 2005-2010. Esto se consigue al evitar la combustión de gasoil y el consumo de electricidad por la energía solar.

The present project aims to explore and assess technical and economic cooling systems by absorption powered with solar heat. The refrigeration by absorption is a system that competes with technologically traditional systems of cooling compression. The main difference between these is that the cycles of absorption requires an energy input in the form of heat while that in the cycles of compression the entry of energy comes by a form of work. The coefficient of operation or COP, which is a measure of the efficiency of a refrigeration machine, is lower in the case of a absorption machine ( around O. 7) than for a compression (around 3). Therefore, for the absorption machine The energy that is provided to the system must be cheap because otherwise it is not competitive. In the case of solar energy is this is free. Given the high dependence that has this model ofthe solar irradiation and given also the wide diversity of climates of the peninsula Ibérica lt is studying the feasibility of the system in three locations: • Sevilla, with Mediterranean climate and in:fluences of continental climate. It is characterized by high levels of radiation and hot and dry summers. • Madrid, with continental climate. lt is characterized by having warm summers and cold winters whereas the spring and autumn are mild. • Barcelona, with Mediterranean climate. lt has a high irradiation. The climatology is smooth, without having cold winters and hot summers. F or each location are computed thermal loads of refrigeration with the software package which provides the company of thermal isolates "URSA". The shelter is an average housing whose detailed description is contained in the description ofthe model. For the analyse the technical feasibility of the system. It is studying the supply available on the market of the machines of absorption. In response to criteria of price and power are chosen two machines from the available on the market: Yaz.aki WFC-SC05of17,5 kW and Rotártica of 4,5 kW The model will be supported by a cauldron for the case in which the solar energy is not sufficient to complete the demand. The efficiency of the boiler is supposed 93%. Another point which has also been considered in the project is the type and number of solar captators needed to meet the demand for cooling. In this case is studying the flat captators and capatators of vacuum tube. After the relevant estimates are obtained that the only captators to make a viable installation of these characteristics, are captators of vacuum tube owing to its best performance. The economic viability of a cooling system by absorption is very conditioned by its high initial investment. So to know whether profitable its installation has been to calculate the energy saved. This energy saved is the difference between energy that employ a compression system powered electricity and energy that the support system provides the cycle when not reaches with solar energy. This difference energy represents a cost saving and, along the life of the machine can represent significant savings. For the study of profitability used two economic methods: The VAN and the payback. The first consists in updating the future value of revenues and the second in establishing the number of years in which recalls the investment. Finally, the study concludes that a solar installation geared solely and exclusively to the cooling is not profitable even with the support of public subsidies. However this type of facilities combined with other as the production of ACS and heating can convert a installation of this type in a .draft high profitability. The environmental study reveals that through the solar installation it has been avoided the issue in the atmosphere of 751 kg of C02; 1233 kg of S02; 1012 kg of NOx annually. Contributing to this form to the enforcement of the Kyoto protocolas well as the Plan of Renewable Energy 2005-2010. 1bis is done to avoid the combustion of diesel and electricity consumption by solar energy.