Humberto Vidal ¹                     Sergio Colle ²

1 Departamento de Ingeniería Mecánica. Universidad de Magallanes. Casilla 113-D. Tel.: +56-61-207953, fax: +56-61-232284. Punta Arenas, Chile. E-mail: humberto.vidal@umag.cl
2 LEPTEN – Departamento de Ingeniería Mecánica. Universidad Federal de Santa Catarina. 88040-900. Tel.: +55-48-2342161, fax: +55-48-3317615. Florianópolis, SC, Brasil. E-mail: colle@emc.ufsc.br

RESUMEN 

Entre los sistemas de refrigeración movidos térmicamente asistidos por energía solar y gas natural, el sistema de refrigeración con eyector ha recibido especial atención. Este sistema se caracteriza por su simplicidad constructiva, ausencia de partes móviles, operación en bajas temperaturas y bajo costo operacional. Sin embargo, el ciclo de refrigeración por eyector tiene usualmente un bajo coeficiente de desempeño. Una alternativa de solución a este problema lo constituye el sistema de refrigeración con eyector combinado. La primera etapa está constituida por un ciclo de compresión mecánica de vapor convencional con R134a, mientras que la segunda etapa la constituye un ciclo termo-movido con eyector usando R141b como fluido de trabajo. Colectores de placa plana y un quemador de energía auxiliar entregan calor al ciclo de eyector. Este artículo describe la simulación en base horaria de un sistema de refrigeración combinado eyector-compresión de vapor asistido por energía solar y gas natural. El sistema de refrigeración solar combinado es modelado usando la herramienta de simulación TRNSYS-EES y los datos climáticos de un año típico de Florianópolis, Brasil. Los resultados obtenidos con la modelación computacional desarrollada para este sistema muestran la ventaja del ciclo de refrigeración combinado eyector-compresión de vapor por sobre el ciclo simple con eyector. Finalmente, el modelo computacional desarrollado en este artículo podría ser usado para realizar una optimización termo-económica del sistema en trabajos futuros.

Palabras clave: Eyector, simulación horaria, refrigeración, solar.

ABSTRACT

Among the thermally driven cooling systems assisted by solar energy and natural gas, the ejector cooling system has received special attention. This system is an interesting refrigeration technology due to its construction simplicity, absence of moving parts, operation at lower temperatures and a low operational cost. However, the coefficient of performance of ejector cycle is usually low. The double stage ejector cooling cycle assisted by solar energy system appears as an attractive solution to this problem. The first stage is performed by a mechanical compression cycle with R-134a as the working fluid, while the second stage is performed by a thermally driven ejector cycle with R-141b. Flat plate collectors and an auxiliary energy burner provide heat to the ejector cycle. This paper describes the hourly simulation of a combined ejector-vapor compression refrigeration system assisted by solar energy and natural gas. The combined solar refrigeration system is modeled using the TRNSYS-EES simulation tool and the typical meteorological year data containing the weather data of Florianópolis, Brazil.  The results obtained from the computational simulation performed in this system show that the combined ejector-vapor compression cooling cycle is more advantageous than the simple ejector cooling cycle. Finally, the computational model developed in this paper might be used to perform a thermo-economical optimization of the system in future works.

Keywords: Ejector, hourly simulation, refrigeration, solar.

AGRADECIMIENTOS 

Los autores agradecen a la Dirección de Investigación de la Universidad de Magallanes por el apoyo recibido y a CONICYT, que a través del proyecto FONDECYT 11070059, hicieron posible la realización de este trabajo.

REFERENCIAS

[1]  H. Vidal, S. Colle and G. Pereira. "Modelling and hourly simulation of a solar ejector cooling system". Applied Thermal Engineering. Vol. 26, pp. 663-672. 2006.

[2]  B.J. Huang, J.M. Chang, V.A. Petrenko and K. B. Zhuk. "Solar ejector cooling system using refrigerant R141b". Solar Energy. Vol. 64 Nº 4-6, pp. 223-226. 1998.

[3]  M. Sokolov and D. Hershgal. "Solar-powered compression-enhanced ejector air conditioner". Solar Energy. Vol. 51 Nº 3, pp. 183-194. 1993.

[4]  S.A. Klein, W.A. Beckman, J.W. Mitchell, J.A. Duffie, T.L. Freeman, J.C. Mitchell, J.E. Braun, B.L. Evans, J.P. Kummer, R.E. Urban, A. Fiksel, J.W. Thornton and N.J. Blair. "TRNSYS 15 - Reference Manual". Solar Energy Laboratory. University of Wisconsin. Madison, USA. 2000.

[5]  B.J. Huang, J.M. Chang, C.P. Wang and V.A. Petrenko. "A 1-D analysis of ejector performance". International Journal of Refrigeration. Vol. 22, pp. 354-364. 1999.

[6]  S.A. Klein and F.L. Alvarado. "EES- Engineering Equation Solver". F-Chart Software. Middletown. Wisconsin, USA. 2000.

[7]  B.J. Huang and J.M. Chang. "Empirical correlation for ejector design". International Journal of Refrigeration. Vol. 22, pp. 379-388. 1999.

[8]  R. Dorantes and A. Lallemand. "Prediction of performance of a jet cooling system operating with pure refrigerants or non-azeotropic mixtures". International Journal of Refrigeration. Vol. 18 Nº 1, pp. 21-30. 1995.

[9]  S. Abreu, S. Colle, A. Almeida and S. Mantelli. "Qualificação e recuperação de dados de radiação solar medidos em superfície em Florianópolis-SC". 8th Brazilian Congress of Thermal Engineering and Sciences. 2000.

[10] S. Colle, H.Vidal e G. Pereira. "Limites de validade do método de projeto chart para ciclos de refrigeração de ejetor assistidos por energia solar". Anales del CIES 2004. Vigo, España. 2004.

[11] J.I. Hernández, R.J. Dorantes, R. Best and C.A. Estrada. "The behaviour of a hybrid compressor and ejector refrigeration system with refrigerants 134a and 142b". Applied Thermal Engineering. Vol. 24 Nº 13, pp. 1765-1783. 2004.

[12] D.W. Sun. "Solar powered combined ejector-vapor compression cycle for air conditioning and refrigeration". Energy Conversion & Management. Vol. 38 Nº 5, pp. 479-491. 1997.

Recibido 27 de febrero de 2008, aceptado 13 de marzo de 2009.