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OPTIMIZACIÓN UN SISTEMA DE DESTILACIÓN SOLAR DE AGUA BASADO EN HUMIDIFICACIÓN-DEHUMIDIFICACIÓN DE AIRE MEDIANTE SIMULACIÓN DINÁMICA EN TRNSYS
ARMANDO JUAREZ TRUJILLO
IGNACIO RAMIRO MARTIN DOMINGUEZ
Acceso Abierto
Atribución-NoComercial-SinDerivadas
Se presenta la modelación, simulación en TRNSYS y análisis paramétrico del funcionamiento de un sistema de destilación solar de agua, basado en el ciclo de humidificación-dehumidificación. Los procesos térmicos que componen el ciclo se desarrollan en dispositivos diseñados para tener la mejor eficiencia en cada uno. Para lograr lo anterior, se requiere que el proceso de evaporación del agua, mediante la humidificación de una corriente de aire, ocurra a la más alta temperatura disponible, sin llegar al punto de ebullición. Con ello se pretende incorporar la mayor cantidad de vapor posible al aire. Éste proceso se lleva a cabo en una torre empacada vertical en la cual se tiene una corriente de agua caliente que cae, y una corriente de aire caliente que sube a contraflujo y en contacto directo con el agua. Las condiciones del aire a la salida de la torre corresponden a aire húmedo saturado, a la temperatura del agua de entrada, con lo cual se garantiza la máxima absorción de humedad posible en el aire. El aire húmedo y caliente pasa entonces a un condensador en el cual se rechaza calor hacia la atmosfera, enfriándose hasta casi la temperatura de la misma, para condensar la máxima cantidad del vapor contenido y maximizar la producción de destilado. Para lograr lo anterior se requiere que el sistema de captación y almacenamiento térmico funcione mediante un aceite térmico, termotanque aislado y colectores solares del tipo de tubos evacuados, para alcanzar y mantener una temperatura de operación superior a los 110ºC en el aceite. Para la condensación se propone un condensador a base de heat pipes, con un sobredimensionamiento del área de rechazo de calor a la atmosfera, para con ello forzar a que la temperatura de condensación sea lo más cercano a la de la atmosfera.
Al obligar al proceso a ocurrir entre los extremos de temperatura descritos, se demuestra que la eficiencia del destilador se incrementa substancialmente, en forma similar a lo que ocurre en los ciclos de las máquinas térmicas de potencia. El aceite térmico transfiere energía a las corrientes de agua y aire mediante la utilización de dos intercambiadores de calor, y el termo tanque de almacenamiento permite continuar operando al sistema durante el periodo nocturno, mientras se cuente con aceite a la temperatura requerida. Un sistema de control de flujo regula la temperatura alcanzada en la corriente de agua que va a la torre de evaporación
Se modeló el sistema descrito en la plataforma de simulación TRNSYS, incorporando la modelación del funcionamiento de la torre de evaporación y la del condensador. Utilizando las condiciones climáticas de la ciudad de Chihuahua, México, se realizó un estudio paramétrico del sistema para determinar el efecto de utilizar diferente número de colectores solares, tamaño de termo tanques y flujos de agua. Se simula el comportamiento del sistema a lo largo de un año de operación continua, contabilizando la cantidad de condensado que se logra producir durante ese periodo de tiempo. El objetivo del análisis es determinar cómo varía la producción de destilado, en kg/año y por m2 de colectores utilizados. Con ello se determinan las características del diseño óptimo del sistema de destilación propuesto.
2011
Tesis de maestría
Español
BIOLOGÍA Y QUÍMICA
Appears in Collections:Maestría en Ciencia y Tecnología Ambiental

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