KFUPM ePrints

Thermodynamic Analysis and Modeling Study of an Intermittent solar Adsorption Refrigeration System

l Thermodynamic Analysis and Modeling Study of an Intermittent solar Adsorption Refrigeration System. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img]
Preview
PDF (Thermodynamic Analysis and Modeling Study of an Intermittent Solar Adsorption Refrigeration System) - Accepted Version
4Mb

Arabic Abstract

في العقد الماضي زاد الاهتمام بدراسة التبريد بواسطة الامتزاز لما يعطيه من امتيازات كونه رخيص التشغيل ونظيف بيئيا بالإضافة الى امكانية استخدامه لأغراض التبريد والتكيف وحفظ الاطعمة واللقاحات الدوائية. فكرة هذه المنظومة قائمة على قدرة امتزاز المادة الصلبة المسامية – الممتزات - لبخار مائع التبريد - المزازه- عند درجة حرارة منخفضة وايضا طرد المزازة على شكل بخار عند التسخين. تتكون اجهزة الامتزاز من الممتزات المحتوية في مجمع شمسي غالبا ما يكون مسطح بالاضافة الى المكثف والمبخر- المبرد. في هذه الرسالة يتم التحليل الثيروموديناميكي – الحراري- لالة التبريد الممتز عن طريق دراسة اهم العوامل المؤثرة فيها مثل: درجة حرارة الممتز الكبرى ودرجة حرارة الامتزاز الصغرى بالإضافة الى حرارة وضغط كل من المكثف والمبخر. التحليل الحراري يعطينا انطباعا عن الأداء التمهيدي للمنظومة مثل كمية الثلج المتوقع انتاجها ومعامل الاداء وتتم هذه الدراسة باستخدام برنامج EES في حين أن الدراسة الفعلية للمنظومة تتم من خلال النموذجة بواسطة برنامج MATLAB على حسب ظروف مناخ الظهران لإظهار الاداء الفعلي وكمية الثلج المتوقعة خلال الايام الباردة والحارة من السنة. لهذا تهدف هذه الدراسة الى تحسين اداء منظومة الامتزاز الشمسي المتقطع (الذي لا يعمل بصورة مستمرة وينتج تبريدا طوال الليل والنهار) باستخدام الكربون المنشط والميثانول بواسطة دراسة وتحسين العوامل المؤثرة فيه: كنوع الكربون المنشط وسمك معدن الانابيب الماصة للأشعة الشمسية بالإضافة الى امتصاصية وانبعاثيه الطلاء الذي يغطي الماصات الشمسية الى جانب كل من كمية الكربون المنشط و الغلاف الزجاجي المناسب وسماكة المادة العازلة التي تغطي قاعدة المجمع الشمسي وايضا زاوية ميلان المجمع الشمسي مع بداية التشغيل المناسبة. تهدف هذه الدراسة ايضا الى انتاج 5 كجم او اكثر من الثلج لكل متر مربع من المجمع الشمسي باليوم الواحد. نتائج التحليل الحراري تشير الى انه في حالة ارتفاع درجة حرارة المكثف يجب تسخين الكربون المنشط بدرجات حرارة عالية وايضا في حالة الذهاب الى درجة حرارة منخفضة داخل المبخر يجب ان تكون درجة حرارة الامتزاز منخفضة ايضا. اما نتائج دراسة النموذجة توضح ان حوالي .114 كجم من الكربون المنشط NORIT RX3-Extra لكل متر مربع من المجمع الشمسي يعطي نتائج افضل من الانواع الاخرى ويفضل ان يكون سمك الانابيب الماصة اصغر ما يمكن من اجل تحسين اداء المنظومة. كما اوضحت الدراسة الى ان الغلاف الزجاجي الذي يتكون من طبقتين مفصولتين من الزجاج افضل من اللوح الزجاجي الواحد او الانظمة الزجاجية السامحة للأشعة الشمسية والعازلة للحرارة المفقودة (TIM) بالإضافة الى ان سماكة المادة العازلة تزيد من الكفاءة لكن يجب ان لا تزيد المجمع الشمسي عبء اضافي كزيادة سماكته. المنظومة المحسنة بالخصائص السابقة مع تمييل المجمع الشمسي بزاوية مناسبة وبدء الدورة الحرارية عند الوقت المناسب يمكن ان ينتج كميات من الثلج تتراوح بين 5 كجم الى 13 كجم لكل متر مربع من المجمع الشمسي وبمعامل اداء شمسي يتراوح بين 0.12 و 0.24 للأيام الحارة والباردة على التوالي.

English Abstract

Solar adsorption refrigeration systems have been increasingly attracting some research interests since last decade because they are clean, cheap and simple for use in air conditioning, ice making, food preservation and vaccine storage specially for remote areas. The idea of these devices is the reversible physical adsorption of vapor on the surface of a porous solid. The system consists of three important components: solar collector with adsorbent bed, condenser and evaporator. The main objectives of this work are to improve the performance of the solar intermittent refrigeration system that uses activated carbon and methanol as adsorbent and adsorbate pair. The improvement of the system’s performance is achieved through investigating the effect of the main operative and constructive parameters of the system. EES and MATLAB computer programs are exploited to analyze the thermodynamic cycle of the system and to model the system under Dhahran climate conditions, respectively. The results show that the increase in the condenser temperature needs high values of the desorption temperature while lowering values of the evaporator temperature needs low values in the adsorption temperature to improve the performance. The absorbers of collector should have thin wall and should be coated by high absorptivity and low emissivity material. About 14.1 kg/m2 of activated carbon NORIT RX3-Extra per m2 of collector surface is a suitable optimum choice for adsorption ice maker devices. Furthermore, double glazing, tilt angle of the solar collector and starting the cycle at suitable time as well as suitable collector back insulation increase the performance. Moreover, the study proposes an activated carbon/methanol solar adsorption ice-maker that could produce from 5 kg up to 13 kg of ice per day per m2 of collector area with improved solar coefficients of performance of 0.12 and 0.24 according to weather conditions in the hot and the cold days, respectively.



Item Type:Thesis (Masters)
Subjects:Mechanical
Divisions:College Of Engineering Sciences > Mechanical Engineering Dept
Committee Advisor:El-Shaarawi, Maged
Committee Members:Said, Syed and Al-Qutub, Amro
ID Code:138891
Deposited By:QASEM NAEF ABDULJALIL A.R (g200905250)
Deposited On:29 May 2013 08:03
Last Modified:24 Nov 2014 10:46

Repository Staff Only: item control page