dise±o de sistemas de refrigeraci³n con energ­as renovables no convencionales

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DISEO DE SISTEMAS DE REFRIGERACIN CON ENERGAS RENOVABLES NO CONVENCIONALES

Informe Final preparado por el Programa de Estudios e Investigaciones en Energa Instituto de Asuntos Pblicos Universidad de Chile

Para la Comisin Nacional de Energa

Santiago, Diciembre 3 de 2008

Programa de Estudios e Investigaciones en Energa - Instituto de Asuntos Pblicos - Universidad de Chile Diagonal Paraguay 265, Torre 15, Piso 13, Santiago, Chile, Tel. (56-2) 978 2387 - 978-2077, Fax (56-2) 978-2581

Programa de Estudios e Investigaciones en Energa - Instituto de Asuntos Pblicos - Universidad de Chile Diagonal Paraguay 265, Torre 15, Piso 13, Santiago, Chile, Tel. (56-2) 978 2387 - 978-2077, Fax (56-2) 978-2581E-mail: alfmunoz@uchile.cl - http://www.prien.clPrograma de Estudios e Investigaciones en Energa - Instituto de Asuntos Pblicos - Universidad de Chile Diagonal Paraguay 265, Torre 15, Piso 13, Santiago, Chile, Tel. (56-2) 978 2387 - 978-2077, Fax (56-2) 978-2581E-mail: alfmunoz@uchile.cl - http://www.prien.clNDICE DE CONTENIDOS1. INTRODUCCIN82. ANTECEDENTES93. OBJETIVOS DEL PROYECTO104. CARACTERSTICAS SOLARIMTRICAS DE CHILE CONTINENTAL11

4.1. Zona Norte124.2. Zona Centro134.3. Zona Austral14

5.ESTADO DEL ARTE DE TECNOLOGIAS PARA USO RURAL165.1.Sistemas de energa Solar165.1.1. Electrificacin rural fotovoltaica en la IV Regin de Chile175.1.2. Electrificacin solar en Huamanzaa, Per175.1.3. Clnica de salud con energa fotovoltaica: Chihuahua, Mxico175.1.4. Centros de salud con energizacin fotovoltaica: Programa Nacional de Per185.1.5. Paneles fotovoltaicos para la salud: Choc, Colombia185.2.Sistemas de energa elica195.2.1. Sistema elico - diesel, Isla Tac, archipilago de Chilo, Chile195.2.2. Proyecto elico, localidad de Cupo, Regin de Antofagasta, Chile195.2.3. Parque elico "Estancia Flora", Empedrado, VII Regin, Chile205.2.4. Proyecto: Electrificacin Hogar - Escuela Villa Tehuelches205.2.5. Proyecto: Electrificacin escuela rural de Agua Fresca215.3.Sistemas energticos a Biomasa215.3.1. Planta generadora de electricidad en base a biogs en Isla Butachauques, Chile .. 225.3.2. Planta de biogs en Marcos Paz, Argentina225.3.3. Planta de biogs para planta de generacin de electricidad de 10 MW225.3.4. Las Cabras235.3.5. Empedrado235.3.6. Coltauco245.4.Proyectos con refrigeracin solar245.4.1. Simulacin de sistema de refrigeracin solar para produccin autnoma de hielo 245.4.2. Refrigerador solar USA255.4.3. Refrigerador solar con ciclo de absorcin intermitente265.4.4. Refrigerador solar por adsorcin para produccin de hielo27

6.CONSIDERACIONES DE DISEO296.1. Funcionamiento de un sistema suministrado por ERNC296.2. Proyectos solares30

6.2.1. Proyectos solares en corriente alterna326.2.2. Proyectos solares en corriente continua 366.3.Proyectos elicos39

16.4. Proyectos utilizando biomasa436.4.1. Insumos para alimentar el biodigestor436.4.2. El biodigestor456.4.3. Ventajas e Inconvenientes de los Biodigestores46

7.CASOS DE ESTUDIO487.1.Diseo de un sistema domstico para un refrigerador convencional (250 litros)487.1.1. Almacenamiento de energa y regulacin de carga497.1.2. Captadores solares507.1.3. Captadores elicos52

7.2. Diseo de un sistema domstico para un frigobar (130 litros)547.3. Diseo de un sistema de refrigeracin residencial de corriente continua, alimentado por paneles fotovoltaicos567.4. Diseo de un sistema de refrigeracin residencial alimentado por biodigestores577.5. Diseo de un sistema comercial de fabricacin de hielo59

7.5.1. Utilizacin de una mquina productora de hielo en escamas597.5.2. Utilizacin de un frigorfico en el cual de congele lquido (cubos de hielo)61

7.6. Diseo de una bodega refrigerada para fines productivos627.7. Diseo de bodega refrigerada para fines productivos63

7.7.1. Calor debido a intercambio de paredes con el espacio exterior637.7.2. Calor debido a intercambio trmico con productos y calor de respiracin647.7.3. Calor debido a cambio de aire657.7.4. Calor producido por motores elctricos657.7.5. Calor producido por luces y personas667.7.6. Calor total667.7.7. Caractersticas del compresor677.8.Clculos de consumo de electricidad67

8.GESTIN LOCAL PARA LA OPERACIN Y ADMINISTRACIN Y MANTENCIN DE LOSEQUIPOS708.1. Sistemas destinados a actividades productivas708.2. Sistemas destinados a sectores residenciales71

8.2.1. Proyectos solares718.2.2. Proyectos elicos728.2.3. Proyectos con biomasa738.2.4. Mantenimiento del compresor en una bodega refrigerada75

9.EVALUACIN ECONMICA DE LOS PROYECTOS779.1.Anlisis econmico de un sistema fotovoltaico para un refrigerador domstico convencional(250 litros)789.1.1. Sistemas fotovoltaicos, alternativa 1799.1.2. Sistemas fotovoltaicos, alternativa 2799.1.3. Sistemas elicos809.2.Anlisis econmico de un sistema domstico para un frigobar (130 litros)80

29.3. Anlisis econmico de un sistema domstico en corriente continua, alimentado por paneles fotovoltaicos819.4. Anlisis econmico de un sistema a biogs para un refrigerador domstico a gas (215 litros).829.5.Anlisis econmico de un sistema comercial de fabricacin de hielo849.5.1. Anlisis econmico de una mquina productora de hielo en escamas849.5.2. Anlisis econmico de un frigorfico en CC para la fabricacin de hielo859.5.3. Anlisis econmico para una bodega refrigerada85

10. CONCLUSIONES Y COMENTARIOS9011. BIBLIOGRAFA92

ANEXO 1: INFORMACIN CLIMATICA PARA EL DISEO DE SISTEMAS SOLARESFOTOVOLTAICOS O PARA SISTEMAS ELICOS94

ANEXO 2: CONSIDERACIONES DE DISEO PARA CMARA DE MANTENCIN DE FRO98

ANEXO 3: PARMETROS CONSIDERADOS PARA EL DISEO DE LA BODEGA DEALMACENAMIENTO101ANEXO 4: REQUERIMIENTOS DE FRO PARA DISTINTOS PRODUCTOS107ANEXO 5: CARACTERSTICAS ELICAS DE CHILE108ANEXO 6: REVISIN DE TECNOLOGAS DE REFRIGERACIN110A.Refrigeracin por absorcin110B.Refrigeracin por adsorcin112

ANEXO 7: REVISIN DE MTODOS ALTERNATIVOS DE ALMACENAMIENTO DE ENERGA.. 114A.Celdas de Combustible114B.Batera Inercial o Volantes de Inercia114

ANEXO 8: CARACTERSTICAS DE BIODIGESTORES Y REFRIGERADORES A GAS116Tipos de Biodigestores117

ANEXO 9: FUNCIONAMIENTO DE UN SISTEMA ALIMENTADO POR UN GENERADORELCTRICO121A.Consideraciones a tomar en cuenta al utilizar equipos de generacin122B.Diseo de un sistema domstico para un refrigerador convencional (250 litros)123C.Diseo de un sistema domstico para un frigobar (130 litros)124D.Diseo de un sistema de refrigeracin residencial de corriente continua125E.Diseo de un sistema comercial de fabricacin de hielo1251. Utilizacin de una mquina productora de hielo en escamas1252. Utilizacin de un frigorfico en el cual de congele lquido (cubos de hielo)127

3F. Diseo de una bodega refrigerada para fines productivos127

NDICE DE FIGURAS

Figura 1: Mapa solarimtrico de Chile11Figura 2: Mapa solarimtrico de la Zona Norte13Figura 3: Mapa solarimtrico de la Zona Central14Figura 4: Mapa solarimtrico de la Zona Austral15Figura 5: Instalacin de Sistema Elico en localidad de Cupo, Regin de Antofagasta20Figura 5: Biodigestor, Comuna de Empedrado, Regin del Maule, Chile23Figura 7: Esquema del sistema de refrigeracin en doble etapa trmico-mecnico asistido por energasolar25Figura 8: Prototipo de refrigerador solar26Figura 9: Prototipo de refrigerador solar por absorcin intermitente, Colombia27Figura 10: Potencia demandada por un refrigerador en las partidas34Figura 11: Esquema de un sistema fotovoltaico para suministro de corriente alterna35Figura 12: Sistema solar de suministro para un frigobar35Figura 13: Diseo de un sistema de refrigeracin en corriente continua36Figura 14: Diseo de un sistema de refrigeracin en corriente continua37Figura 15: Esquema de interconexin para un sistema de suministro de corriente continua38Figura 16: Sistema de produccin de hielo con energa solar39Figura 17: Variacin porcentual de la potencia del viento segn la altura41Figura 18: ndices de deformacin de Griggs-Putnam y velocidad del viento asociada42Figura 19: Sistema de domestico convencional de refrigeracin de alimentos, suministrado conenerga elica43Figura 20: Intensidad de radiacin solar a lo largo del ao en la localidad de Quillayal, ReginMetropolitana50Figura 21: Energa entregada mensualmente por cada panel considerado, localidad de Quillayal.... 51 Figura 22: Energa entregada mensualmente por cada panel considerado, localidad de Quiyayal... 54Figura 23: Evolucin de la velocidad del viento en un ao a lo largo del borde costero chileno108Figura 26: Esquema del ciclo de absorcin de un refrigerador111Figura 6: Esquema de un sistema de acondicionamiento de aire por absorcin, funcionando conenerga solar 112Figura 24: Caractersticas del biogs 116Figura 25: Digestor de domo fijo usado en China118Figura 26: Digestor Janata con domo fijo119Figura 27: Digestor tubular de polietileno120Figura 28: Esquema de conexin de un sistema alimentado por un generador tradicional122

NDICE DE TABLAS

Tabla 1: Caractersticas solarimtricas y trmicas de algunas ciudades12Tabla 2: Nmero de viviendas por regin que se abastecen de electricidad con sistemas fotovoltaicos 16

4Tabla 3: Datos climticos de Tocopilla y Punta Arenas31Tabla 4: Potencia en W entregada por distintos panel a distintos niveles de irradiacin, a 25C31Tabla 5: Potencia entregada por cada panel a distintos niveles de temperatura, radiacin de 1 kW/m231Tabla 6: Energa mensual, en kWh/mes, entregada por turbina a distintas velocidades de viento.... 40Tabla 7: Produccin de biogs por tipo de residuo animal44Tabla 8: Produccin de biogs a partir de residuos vegetales45Tabla 9: Caractersticas de refrigeradores48Tabla 10: Caractersticas de paneles solares49Tabla 11: Caractersticas de paneles solares 50Tabla 12: Costo del sistema solar, Alternativa 1 51Tabla 13: Costo del sistema solar, Alternativa 252Tabla 14: Costo del sistema elico, Alternativa 1 53Tabla 15: Costo del sistema elico, Alternativ