Comparisons with Experiments

Entre los trabajos previos en base a los cuales se fundamenta el objeto y factibilidad del trabajo presente están los siguientes.

Un estudio efectuado por J Lewis et al 2007, acerca de los métodos de refrigeración y enfriamiento, cubriendo los sistemas de adsorción, compresión de aire, magnéticos, Stirling y termoeléctricos. Particularmente en sus estudios de adsorción hacen estudios referentes a los adsorbatos y adsorbentes haciendo mención del calor latente de fluidos adsorbatos como el agua, metanol, etanol y amoniaco comparativamente a orgánicos como los refrigerantes R123 y el butano cuyos COP son bajos. En sistemas para congelación de agua, con pares de carbón activado –metanol y carbón activado – etanol se obtuvo de 4 a 3 veces mejor rendimiento en condiciones similares de operación con metanol que con etanol. En sus trabajos de recopilación de información documentan sistemas comerciales primitivos de adsorción principalmente para su aplicación en preservación de vacunas, sistemas experimentales de una cama de adsorbente y múltiples camas de adsorbentes así como el método de ola térmica, basados en la ola térmica se desarrollaron diversos prototipos multi-cámara de adsorción. Concluyendo que los sistemas de enfriamiento por adsorción tienen como desventaja el bajo desempeño en sus coeficientes de trasferencia de calor y de masa, expansión y aglomeración del adsorbente, bajo coeficiente de desempeño (COP),bajo poder de enfriamiento especifico; a pesar de las técnicas de ciclos multi- cámaras adsorbentes, de ola térmica, de convección forzada y tecnologías hibridas con tubos caloríficos, siendo aún no competitiva contra sistemas de compresión de vapor en aplicaciones de refrigeración, sin embargo puede ser aplicable a sistemas de enfriamiento para climatización, especialmente la tecnología de adsorción sólida. (Lewis, Chaer, & Tassou, 2007)

Otras revisiones más recientes acerca de los métodos de refrigeración donde se utiliza como fuente de energía la termosolar es efectuado por K.R. Ullah et al 2013, haciendo una descripción general de las fuentes de energía renovable y el potencial de la energía solar para ser utilizada como fuente de energía para sistemas de enfriamiento considerando los sistemas fotovoltáicos y los sistemas solar térmicos entre los que destaca los sistemas basados en absorción y los pares de trabajo más comunes en diseños de efecto sencillo, efecto medio y efecto doble en la búsqueda de mejorar el COP de dichos sistemas. Alternativamente se describen sistemas de absorción por difusión y sistemas híbridos que integran enfriamiento radiante, desecante y absorbente; al final se hace una revisión de los sistemas por adsorción mencionando pares de trabajo comunes basados en silica gel,

zeolita, carbón activado y óxidos o hidruros metálicos como adsorbentes, y amoniaco, agua, metanol e hidrogeno como adsorbatos; haciendo diferencia entre los procesos de fisisorción con energías cercanas a los 80 kJ/mol para la desorción y la quimisorción con energías que rondan los 800 kJ/mol. (Ullah, Saidur, Ping, Akikur, & Shuvo, 2013)

Enfocado en la revisión de materiales útiles para sistemas de adsorción con

aplicación en sistemas de refrigeración M.A. Alghoul et al 2007, determinan al efectuar su estudio los criterios de selección de pares de trabajo y condiciones de operación deseables, mencionando los adsorbentes más comunes que son zeolitas, carbón activado y silica gel; estudiando las características de generación, se determinan algunos límites de generación como el del par carbón activado – metanol que es de 150 grados centígrados debido a la inestabilidad del metanol a altas temperaturas reportando COP de 0.4 a 0.5 para rango de generación de 100grados centígrados, condensación de 40, adsorción de 25, considerándose como mejor opción para sistemas de enfriamiento solar de etapa sencilla, combinaciones de otros pares de trabajo con carbón activado en tela se han reportado con buenos resultados.

También se reportan estudios recientes de mejoras a la transferencia de calor del adsorbente al medio de enfriamiento y calentamiento mencionado las diferentes variantes de

recubrimientos de carbón activado sobre intercambiadores de calor en dispositivos de refrigeración por adsorción termosolares, así como diseños de una sola etapa. (Alghoul, Sulaiman, Azmi, Sopian, & Wahab, 2007)

En el estudio de ciclos de trabajo para pares adsorbente – adsorbato en condiciones de presión de vacío y positivas, W.S. Loh et al 2009, estudiaron como adsorbentes carbón activado en fibra, carbón activado granulado silica gel y su comportamiento como par de trabajo con etanol, R134a y agua; llevando a cabo simulaciones del ciclo de adsorción de enfriamiento, y determinando las capacidades de adsorción de cada par de trabajo así como de remoción de energía, determinando que el carbón activado en fibra y el etanol tiene la mejor relación de efecto de enfriamiento específico con respeto a la silica gel y agua que presenta el mayor efecto de enfriamiento por volumen; el estudio presenta resultado que comprueban que al presión de vacío parcial el coeficiente de eficiencia y el efecto de enfriamiento aumentan en comparación a sistemas presurizados positivamente bajo las mismas condiciones experimentales. (Loh, El-Sharkawy, Ng, & Saha, 2009)

Como la capacidad de adsorción de una cama de material adsorbente de carbón activado ante la presencia de un adsorbato es útil para estimar la capacidad de remoción de vapores de orgánicos con el fin de purificar fluidos, G Odell Wood 1991, llevo a cabo la recopilación de 123 coeficientes de afinidad y 1350 capacidades de adsorción a partir de reportes y publicaciones, por medio de las cuales se puede estimar la capacidad de adsorción y vida de servicio de sistemas filtrantes que sean reversibles. Se buscó que las isotermas estuvieran descritas mediante la aplicación de la ecuación Dubinin-

afinidad beta cuadrada tomando como parámetro clave la polarización molar y la constante estructural a partir de datos de referencia de tetrafluoruro de carbono. A partir de estos datos se llevó a cabo una correlación de la isoterma de adsorción. (Wood, 1991)

En trabajos enfocados a la obtención de calores de adsorción y equilibrios de adsorción de vapores orgánicos en carbones activados, David Ramirez et al 2005,

efectuando trabajos experimentales de determinación de isotermas de adsorción para tela de carbón activado y derivados adsorbentes de carbón activado usando la ecuación de

Dubinin-Astakhov para describir las isotermas de adsorción combinadas con la ecuación de Clausius-Clapeyron para obtener el calor isostérico de adsorción, se calcularon valores de benceno, acetona teóricos y experimentales de capacidad de adsorción másica y calor de adsorción obtenido mediante cálculos y comparación con literatura. (Ramirez, Qi, & Rood, 2005)

T.H.C. Yeo et al 2012, estudian el desarrollo de sistemas de aire acondicionado por adsorción usando carbones activados modificados en base a algunos éxitos reportados en literatura donde se encontró un amplio uso de carbón activado como adsorbente, en la mayoría de los casos tal cual se obtiene comercialmente sin tratamiento previo que mejore su desempeño para aumentar su competitividad con respecto a los sistemas de enfriamiento por compresión. En su publicación documentan pares de trabajo, la selección de

adsorbentes como son silica gel, zeolita y carbón activado así como los adsorbatos como agua, amoniaco, etanol y metanol , dividiéndolos en presión positiva y presión negativa. Concluyendo que los sistemas actualmente existentes en su mayoría toman el adsorbente de carbón activado in modificar y que la modificación del carbón activado es una mejor alternativa a la búsqueda de nuevos adsorbentes, pudiendo llegar a ser una opción

competitiva con respecto a sistemas de compresión y absorción convencionales enfocados a sistemas de aire acondicionado por adsorción. (Yeo, Tan, & Abdullah, 2012)

Cálculos termodinámicos de sistemas experimentales como el propuesto por Hassan et al 2012, consistente en el diseño de un sistema continuo de enfriamiento por adsorción operado con energía termo-solar parametrizado, en su publicación se cita que el uso de energía solar para aire acondicionado podría reducir el consumo energético entre un 40 y 50 por ciento en los países mediterráneos; el diseño que proponen consiste en dos camas de adsorbentes que fueron modelados a partir de datos obtenidos de cuatro carbones activados diferentes y una serie de válvulas que permitan seleccionar cuál de ellas se desorberá para que el adsorbato simulado que en este caso es metanol, sea condensado y evaporado para producir el efecto de enfriamiento, de los resultados se encuentra que el carbón activado de mayor capacidad de adsorción y que la eficiencia del sistema se ve mejorada al aumentar la temperatura de trabajo del evaporador (temperaturas mayores a las de congelamiento) o elevando la temperatura de desorción. (Hassan, Mohamad, & Al-Ansary, Development of a continuously operating solar-driven adsorption cooling system: Thermodynamic analysis and parametric study, 2012)

En un trabajo posterior el mismo autor Hassan et al 2013, modelan un sistema de enfriamiento de agua solar por adsorción de ciclo continuo usando carbón activado y metanol como par de trabajo, dicho sistema es modelado termodinámicamente bajo condiciones de operación de 0 grados centígrados en el evaporador, 35 grados centígrados en el condensador, 30 grados centígrados como temperatura ambiente y un máximo de 120 grados centígrados de desorción con un COP de 0.66 para lograr enfriar 2.66 kg de agua diariamente considerando 2.98 kg de carbón activado y 13.98 kg de metanol estimándose una eficiencia másica del 82.5 por ciento, obteniéndose una remoción de energía de 384

kJ/kg. (Hassan & Mohamad, Thermodynamic analysis and theoretical study of a continuous operation solar-powered adsorption refrigeration system, 2013)