Tema: Acumular energía congelando agua

Iniciado por el_cobarde

Entonces haz lo que he dicho: Un recipiente estanco a un nivel más bajo que el arcón.

No necesariamente tendría que ser estanco. Con que tenga la misma altura que el arcón sería suficiente.

Iniciado por el_cobarde

Claro que de esta forma el calor que desprende la bomba tambien va al líquido del arcón y lo calienta.
Pero lo calienta después de haber congelado el agua de las botellas ...
Lo digo bien ?
O no sirve de nada, porque el íquido vuelve al arcón más caliente y las botellas ven la misma temperatura, al igual que si la bomba estuviera dentro del arcón?

Temo que lo segundo sea cierto, a no ser que hagas pasar el tubo por una nevera - pero para eso no hace faltar sacar la bomba.

Efectivamente, la cosa quedaría igual que ahora. No valdría la pena hacer nada en ese caso.

Iniciado por el_cobarde

En este caso, te aconsejo construir un segundo circuito de agua -independiente- para refrigerar la bomba.
Para el segundo circuito podrías usar una bombita de este tipo:
Mini-bomba de achique GARDENA ADAPT TALADRAD 2400L/H Ref. 244643 - Leroy Merlin
o algo parecido, por ejemplo, una bomba para acuario.

Ufff, mucho lío. Tiene que ser más sencillo.

Iniciado por carlos6025

Ufff, mucho lío. Tiene que ser más sencillo.

Más sencillo? Qué te parecen unos elementos Peltier, pegados a la bomba (que estaría fuera del arcón) ?
Los Peltier los puedes acoplar a la bomba usando pasta conductora de calor, esa que se usa para la CPU del ordenador.
Y además colocas un ventilador que se ocupa de alejar el aire caliente de los elementos Peltier.
Suficientemente sencillo?

Aqui un link para elementos Peltier: http://www.aliexpress.com/item/5PCS-...952673854.html

Vamos a ver, tienes que pensar que estas acumulando “anti-energía” y el arcón acumula energía quitándosela a tus habitaciones, cuanto más frescas quieres que estén más energía debes de sacar de estas para guardarla en el arcón.

1 kW*h = (3600000) * (0'293 calorías) = 1.054.800 calorías
1 kW*h = 1054’8 kilocalorías
5kwh= 4.299 kilocalorías

1 gramo de agua requiere 1 caloría para aumentar su temperatura en 1ºC.

Cada botella de agua de 1’5 litros puede acumular 1'5kilocalorias por ºC.

Supongamos que las botellas tienen 1500 gramos, 1'5 kilocalorías por ºC.

Supongamos que solo aprovechamos un rango de 10ºC, cada botella acumularía 15 kilofrigorías/kilocalorías.

4.299/15=286'6 botellas, son las botellas necesarias para acumular 5kwh con un rango de 10ºC.

Iniciado por mjrosg

Vamos a ver, tienes que pensar que estas acumulando “anti-energía” y el arcón acumula energía quitándosela a tus habitaciones, cuanto más frescas quieres que estén más energía debes de sacar de estas para guardarla en el arcón.

Perdón, aqui me lío.
Vale, carlos6025 acumula "anti-energía". Pero el arcón no acumula energía, acumula esa misma "anti-anergía".
Quieres decir, que el arcón calienta el entorno y enfría el contenido?
En eso estoy muy de acuerdo.

Iniciado por mjrosg

Supongamos que solo aprovechamos un rango de 10ºC

Me parece que se aprovecha más, una diferencia de temperatura de 20C o 30C - lo veo bien?
Siendo así, con 60 botellas de 1500ml ya se tendría algo, no?
(No he controlado tu cálculo, pero me suena a ser correcto. Pero has hecho el cálculo sin tener en cuenta la transición de fase, líquido a sólido - esto lo cambia todo).

Iniciado por mjrosg

Vamos a ver, tienes que pensar que estas acumulando “anti-energía” y el arcón acumula energía quitándosela a tus habitaciones, cuanto más frescas quieres que estén más energía debes de sacar de estas para guardarla en el arcón.

1 kW*h = (3600000) * (0.293 calorías) = 1054800 calorías
1 kW*h = 1054’8 kilocalorías
5kwh= 4.299 kilocalorías

1 gramo de agua requiere 1 caloría para aumentar su temperatura en 1ºC.

Cada botella de agua de 1’5 litros puede acumular 1,5kilocalorias por ºC.

Supongamos que las botellas tienen 1500 gramos, 1,5 kilocalorías por ºC.

Supongamos que solo aprovechamos un rango de 10ºC, cada botella acumularía 15 kilofrigorías/kilocalorías.

4299/15=286.6 botellas, son las botellas necesarias para acumular 5kwh con un rango de 10ºC.

Se te olvida un detalle importantísimo. El sistema aprovecha el calor latente del hielo. Por cada kg de hielo que se descongele, es capaz de absorber 80 Kcal. Para 5kWh se necesitan 36 botellas. Y eso sin contar la diferencia de temperaturas.

En este caso, con unas 60 botellas + unos 100 litros de anticongelante, pasar toda esa cantidad, de -4ºC a +16ºC, el poder de absorción se queda en:
- 60 bot x 1500g x 80Kcal/kg = 7200kcal
- (60 bot x 1500g+100 kg)x 20ºC incremento = 3800Kcal.

(7200 + 3800) / 860 = 13 kWh

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Por eso, cuantas más botellas pueda meter en el arcón, más energía es capaz de absorber. Por eso tengo todas las botellas "apretaditas"


Perdón, hay un pequeño error. El hielo no tiene el mismo calor específico que el agua, tiene la mitad, por lo que el cálculo sería:
- 60 bot x 1500g x 80Kcal/kg = 7200kcal
- 60 bot x 1500g x 0,5 Kcal/kg x 4ºC incremento = 180kcal
- 60 bot x 1500g x 1kcal/kg x 16ºC incremento = 1440kcalç
- 100 kg mezcla anticongelante x 1kcal/kg x 20ºC incremento = 2000kcal

(7200+180+1440+2000) /860 = 12,6kWh

Hay una cosa que me tiene un poco mosca, es el deseo de que el agua se congele, pues el agua estando liquida puede seguir acumulando frio, una vez que se congela le cuesta mucho acumular frio, de hecho se convierte en un excelente aislante, es uno de los trucos de la agricultura para proteger cosechas y flores de las heladas, el truco consiste en lanzar agua por aspersores para que se produzca una capa de hielo alrededor de las flores y las frutas, esta capa evita que las flores y las frutas alcancen temperaturas inferiores a 0ºC.

Iniciado por mjrosg

Hay una cosa que me tiene un poco mosca, es el deseo de que el agua se congele ...

El deseo es aprovechar la energía relacionada a la transición de fase "agua líquida ---> hielo".

En cuanto al truco de los agricultores tienes razón, naturalmente. Pero la transición de fase sobrecompensa.

Iniciado por el_cobarde

Perdón, aqui me lío.
Vale, carlos6025 acumula "anti-energía". Pero el arcón no acumula energía, acumula esa misma "anti-anergía".
Quieres decir, que el arcón calienta el entorno y enfría el contenido?
En eso estoy muy de acuerdo.



Me parece que se aprovecha más, una diferencia de temperatura de 20C o 30C - lo veo bien?
Siendo así, con 60 botellas de 1500ml ya se tendría algo, no?
(No he controlado tu cálculo, pero me suena a ser correcto. Pero has hecho el cálculo sin tener en cuenta la transición de fase, líquido a sólido - esto lo cambia todo).

Si, el arcón si acumula energía calorífica, pero de noche, lo de “anti-energía” es una licencia que me he tomado para que se entienda el principio de lo que queremos hacer, realmente acumularía frigorías.

Y sí, siempre hay intercambio de energía, de día se saca la energía del arcón que supongo eliminara en la calle atreves de un compresor.

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Iniciado por el_cobarde

El deseo es aprovechar la energía relacionada a la transición de fase "agua líquida ---> hielo".

En cuanto al truco de los agricultores tienes razón, naturalmente. Pero la transición de fase sobrecompensa.

Supongo que sí, es un extra que puede resultar muy interesante si enfriamos a -10ºC.

Iniciado por mjrosg

Si, el arcón si acumula energía calorífica, pero de noche, lo de “anti-energía” es una licencia que me he tomado para que se entienda el principio de lo que queremos hacer, realmente acumularía frigorías.

Eso es. El arcón hace lo contrario a un termo eléctrico, según el momento del día. De noche funciona igual que un termo, acumulando la energía térmica que le roba a las habitaciones. Por eso, las habitaciones reducen su temperatura y el arcón la aumenta.
De día es al contrario. Gracias a la energía solar FV, el arcón reduce su temperatura y el medio ambiente la aumenta, porque el compresor "saca" la energía térmica del arcón.

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Iniciado por mjrosg

Supongo que sí, es un extra que puede resultar muy interesante si enfriamos a -10ºC.

Ojo, el cambio de fase no es que sea un extra, es la pieza fundamental del sistema. Y no importa tanto que se congele a -10ºC. Me conformaría con que se pudiese congelar a -1ºC.

¿Cuán grande debería ser el arcón si no hubiese cambio de fase? esa es la cuestión.

Iniciado por mjrosg

Supongo que sí, es un extra que puede resultar muy interesante si enfriamos a -10ºC.

Cuidado, amigo mjrosg, parece que vas bastante confundido.
El agua, cuando se congela, es decir cuando pasa de líquida a cristalina (hielo), libera mucha energía. Y esta misma energía la absorbe (enfriando al entorno!) cuando vuelve a la fase líquida.
No influye para nada la temperatura. La transición puede ocurrir a 0C o a -4C o a -10C, siempre se trata de la misma cantidad de energía que va en una dirección o en la otra.

Puntualizando, más o menos el cambio de fase de hielo a agua, libera tanta energía como hace falta para calentar el mismo volumen de agua de 0°C a unos 80°C. Por eso sin cambio de fase haräia falta un arcäon mucho mäas grande, digamos unos 10 veces mäas grande para almacenar la misma energía...

Iniciado por el_cobarde

Cuidado, amigo mjrosg, parece que vas bastante confundido.
El agua, cuando se congela, es decir cuando pasa de líquida a cristalina (hielo), libera mucha energía. Y esta misma energía la absorbe (enfriando al entorno!) cuando vuelve a la fase líquida.
No influye para nada la temperatura. La transición puede ocurrir a 0C o a -4C o a -10C, siempre se trata de la misma cantidad de energía que va en una dirección o en la otra.

No es confusión es que uno siempre piensa en poder guardar mas energía, en este caso, menos energía y hay que hacer los cálculos de si te interesa más acumular hasta -20ºC 0 -30ºC en liquido antes del cambio de estado o tirar de cambio de estado a alta temperatura, pero como en este caso el límite de enfriamiento esta entre -5ºC y -10ºC ese factor de 85 kilo-frigorías que apunta Carlos6025 es la base para disminuir enormemente el tamaño de los acumuladores.

Por eso de que me pareciera más interesante que el cambio se produjera a -5ºC que a -1ºC pues son casi 4ºC de diferencia.

Pero claro, también es importante que se produzca siempre el cambio de estado para poder aprovecharlo.

Iniciado por mjrosg

Por eso de que me pareciera más interesante que el cambio se produjera a -5ºC que a -1ºC pues son casi 4ºC de diferencia.

Esos 4C de diferencia son despreciables. Tu mismo has escrito la razón:

Por eso sin cambio de fase haräia falta un arcäon mucho mäas grande, digamos unos 10 veces mäas grande ...

Edito: Perdón, esto no lo has dicho tú, ha sido Hlebtomane ...

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Iniciado por mjrosg

... lo de “anti-energía” es una licencia que me he tomado ...

No tengo nada en contra de hablar de "anti-energía" o tambien "frigorías". Si la materia se enfría, disminuye su contenido en energía. Si uno lo prefiere, puede decir que "aumenta su contenido en anti-energía".
Hablando de frigoríficos etc., a veces resulta más comprensible usar estos términos (aunque la física no los acepte).

Viva la entalpía de Cambio de fase¡¡¡¡¡¡¡

Un saludo.

Iniciado por Hlebtomane

Puntualizando, más o menos el cambio de fase de hielo a agua, libera tanta energía como hace falta para calentar el mismo volumen de agua de 0°C a unos 80°C. Por eso sin cambio de fase haräia falta un arcäon mucho mäas grande, digamos unos 10 veces mäas grande para almacenar la misma energía...

Se podría ganar el doble de poder de absorción de energía con el mismo arcón de forma muy simple. Que las botellas fuesen cuadrangulares en vez de cilíndricas. Se aprovecharía todo el espacio del arcón para congelar el agua, unos 200 litros en vez de 90 litros.
Si no fuese porque entonces el anticongelante no podría circular debidamente entre ellas y no enfriaría las botellas.
Así y todo, como las botellas son "flexibles", se aprietan entre ellas y se aprovecha un poco más el espacio, pero no quiero forzarlas mucho para que haya "canales" por donde circule el anticongelante. Además, con el aumento de volumen que experimenta el hielo, tampoco conviene forzar mucho la situación.

Iniciado por carlos6025

Sí, ya había pensado en algo parecido. En vez de un recipiente estanco, hacer un acople tipo tubo a la bomba por la parte inferior, así me evito hacer el recipiente.
Lo más probable es que al final lo haga así.

Por cierto, con los calores de anoche (30ºC a las 22:00 de la noche), tuve el AA toda la noche encendido. Esta mañana quedaban pocas botellas con hielo

si sumas el calor que genera la bomba + los 30ºC que hay fuera (aunque igual es menos ya que no está en el exterior)... se acelera la pérdida de frío.
Lo de forrar el arcon y aislarlo, entiendo que no tiene sentido, no? ya que la diferencia de temperatura con el exterior no es tanta...

El arcón está en el exterior, aunque en un sitio estratégico "fresco", que le da la sombra casi todo el día. Es un rincón que hace la casa, mirando al noreste. Me vino muy bien ese sitio por el tema de tuberías y demás.
Es un arcón tipo A++(no se cuantas + tiene), con 9 cm de espesor de aislante.

aunque esté a la sombra piensa que el día de la ponentá del jueves, desde que dejó de enfriar que se fue el sol, con unos 42 grados a la sombra... hasta las tantas de la madrugada estuvimos con temperaturas de horno en la calle... no todos los días de verano (noches) van a ser como ese de momento (en unas décadas ya veremos), prueba a hacer una prueba en un día de temperaturas más estándar y seguro que no se descongelan tanto.

El jueves fue un día (y una noche) anormal. Estos otros días, a pesar de hacer calor, no veo que las botellas se descongelen significativamente de un día para otro. Vamos, que no se descongelan, aunque si es cierto que de un día para otro, veo que la temperatura se eleva un poco. A las 7 de la tarde se queda en -5ºC y al día siguiente, sin usarlo, veo que está sobre -2ºC.
Los arcones, supongo que estarán pensados más bien para un uso en interior. Pero también están diseñados para ser eficientes a temperaturas por debajo de -30ºC. En mi caso, no trabaja a menos de -6ºC. El aislamiento no veo que sea un problema.

Y por otra parte, aunque parece que el hielo suele "aguantar" mucho tiempo sin descongelarse (los cubitos del cubata, por ejemplo), parece que no, pero hacer uso del AA es una inyección importante de energía al arcón.


El problema sigue siendo la temperatura de congelación. He revisado a fondo las botellas que están en el fondo del arcón, y veo que les cuesta mucho mucho congelarse. Algunas ni lo hacen. Cuando veo que algunas botellas de arriba no se congelan, fácilmente les doy una sacudida y se congelan enseguida, pero las que están al fondo...es un coñazo. No puedo estar casi todos los días saca botellas-mete botellas.

Iniciado por carlos6025

El problema sigue siendo la temperatura de congelación. He revisado a fondo las botellas que están en el fondo del arcón, y veo que les cuesta mucho mucho congelarse. Algunas ni lo hacen ...

Qué piensas sobre lo de sacar la bomba fuera y refrigerarla con elementos Peltier?
En el post #127 te había dejado un enlace ...

Iniciado por el_cobarde

Qué piensas sobre lo de sacar la bomba fuera y refrigerarla con elementos Peltier?
En el post #127 te había dejado un enlace ...

Sí, lo he leído. Bueno...bien y mal.
A ver. Como ya he dicho, el problema no es tanto la eficiencia del sistema. Mientras tenga excedentes de producción no hay problema, (excedentes voy a tener siempre, pues mi consumo eléctrico en verano es de alrededor de la mitad de lo que potencialmente pueden generar las placas).
El problema es la temperatura de congelación. Y eso no lo va a solucionar sacar la bomba del arcón.

Por otra parte, los elementos Peltier me parece una solución para enfriar la bomba en el exterior, pero no va a ganar en eficiencia del sistema, ya que los Peltier consumen energía. Y lo mismo me da que esa energía se consuma en el compresor de frío que en los Peltier.

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Pues parece que estaba equivocado con lo que dije aquí:

Iniciado por carlos6025

También te digo otra cosa. El problema de la eficiencia de mi sistema de acumulación de frío es debido a que utilizo un equipo de aire acondicionado adaptado para el congelamiento del agua, que no es lo ideal para ello. Porque un compresor de un arcón congelador normal, que es capaz de congelar a -35ºC , estoy seguro que su eficiencia es mucho mayor que con el equipo de AA. Pero no he encontrado un equipo de frío BBB de una potencia similar a los 1800W del AA que he instalado.

He cogido este arcón al azar, y veo entre sus características técnicas:

Potencia de consumo 200W.
Poder de congelación 17kg/24h.

Eso significa que para poder congelar 17kg (supongo que será desde unos 20ºC hasta unos -35ºC), se necesitan 200W x 24h = 4800Wh de energía eléctrica.

Para enfriar y congelar 17kg se necesitan extraer:
17 x (35+20) x 1Kcal/kg = 935kcal
17 x 80 kcal/kg = 1360kcal.

En total 935 + 1360 = 2295kcal, que es lo mismo que 2,7 kWh.

Es decir, que para desarrollar una capacidad de enfriamiento de 2,7kWh, ese arcón consume 4,8kWh. O lo que es lo mismo, un rendimiento (que no eficiencia) del 56%.
Que llevándolo a las unidades de medida en equipos de aire acondicionado, el típico EER, dicho arcón tendría un EER de 0,56.

Viendo esto, parece que mi equipo no tiene un rendimiento tan bajo como yo pensaba.

Iniciado por carlos6025

El problema es la temperatura de congelación ...

Entiendo. A ver: Tu problema es que usas un equipo de AA (con refrigerante R-22 o R-410 ?) para congelar el agua. Como este equipo no está pensado para tal fin, la temperatura no baja a menos de 6C negativos. Y no bajará más, por muchas bombas que saques del arcón. Lo único que consigues con sacar la bomba, es que se enfriará más rápido la mezcla de agua y etanol en el arcón. Lo que asimismo podría servir de algo, porque posiblemente se congelen más botellas en el tiempo que está funcionando el sistema.

Veo que hasta ahora hemos estado tratando los síntomas, pero no la enfermedad. La solución sería bajar la temperatura del circuito AA respectivamente la temperatura dentro del arcón. Si la mezcla agua-alcohol estaría a -15C, problema solucionado. Ya has pensado en como se podría conseguir eso? Usando otro tipo de refrigerante (si es que existe)?
En este momento me pregunto: Dónde exactamente está la diferencia entre un circuito de compresor de congelador, que baja a -30C, y tu sistema de AA modificado? Me lo podrías explicar en pocas palabras?

Iniciado por el_cobarde

Entiendo. A ver: Tu problema es que usas un equipo de AA (con refrigerante R-22 o R-410 ?) para congelar el agua. Como este equipo no está pensado para tal fin, la temperatura no baja a menos de 6C negativos. Y no bajará más, por muchas bombas que saques del arcón. Lo único que consigues con sacar la bomba, es que se enfriará más rápido la mezcla de agua y etanol en el arcón. Lo que asimismo podría servir de algo, porque posiblemente se congelen más botellas en el tiempo que está funcionando el sistema.

A ver. Una de las sondas está pegada al evaporador, y llego a ver -12ºC. Esa es la temperatura a la que, por ahora, puede llegar a enfriar el compresor de AA. El gas es el R22.
Lo que pasa es que a partir de -4ºC del anticongelante (que se corresponde con -12ºC del evaporador), el rendimiento es muy bajo.
Por ahora, la energía que necesito para el AA de la vivienda es menor de la que el equipo puede llegar a proporcionar. O sea, en las horas de sol, hay tiempo más que suficiente para que el equipo proporcione la "energía frigorífica" que necesita la vivienda.
Cuando las botellas están congeladas, con el uso del AA en la vivienda no se llegan a descongelar el todo, por lo que al día siguiente, el equipo trabaja a buen rendimiento congelando a -1ºC o a -2ºC en un tiempo razonable.
Pero si las botellas se llegan a descongelar del todo, son necesarios -5ºC como mínimo para volver a congelar, por el tema de la nucleación. Es ahí cuando el sistema no es del todo capaz. Es decir, muchas botellas se congelan espontáneamente, pero tengo que agitar "a mano" algunas botellas y otras que están al fondo del arcón no se llegan a congelar.

Iniciado por el_cobarde

Veo que hasta ahora hemos estado tratando los síntomas, pero no la enfermedad. La solución sería bajar la temperatura del circuito AA respectivamente la temperatura dentro del arcón. Si la mezcla agua-alcohol estaría a -15C, problema solucionado. Ya has pensado en como se podría conseguir eso? Usando otro tipo de refrigerante (si es que existe)?

Pudiera ser, no lo se, que añadiendo alcohol al agua del circuito (para bajar aún más la temperatura de congelación), mejorase la transferencia de energía evaporado-anticongelante, ya que veo que el evaporador se empieza a congelar a unos -8ºC o -9ºC. Y, evidentemente, cuando el evaporador se congela del todo (a -12ºC), ya no circula el anticongelante a través de las aletas del evaporador, por lo que la transferencia de calor es cero.
Pero, como también es cierto que el rendimiento del compresor baja mucho cuando la temperatura llega a los -4ºC, no se si la anterior solución será buena. No se si me he explicado bien...

Iniciado por el_cobarde

En este momento me pregunto: Dónde exactamente está la diferencia entre un circuito de compresor de congelador, que baja a -30C, y tu sistema de AA modificado? Me lo podrías explicar en pocas palabras?

No soy un experto frigorista, pero por lo que he llegado a saber, los compresores de los AA son rotativos. Los de los frigoríficos congeladores son alternativos, de pistón. Los de pistón pueden proporcionar mayores presiones que los rotativos.
Yo lo comparo con las bombas de agua. Las centrífugas pueden proporcionar medias presiones y altos caudales. Pero si quieres altas presiones (50-100-300 bares) necesitas bombas de pistones. Véase las hidrolimpiadoras tipo Karcher, sus bombas son de pistones.

Aparte, es necesario que el refrigerante sea el adecuado para proporcionar temperaturas de -30ºC o más. Pero en mi caso no veo que sea problema del refrigerante, pues con los -12ºC que es capaz de llegar a alcanzar debería ser más que suficiente para congelar espontaneamente.

Buenos dias carlos6025

Como anda eso de la congelación? Algún avance?

De momento...bastante satisfecho. Le he añadido un poco de alcohol al agua, y la temperatura de congelación del anticongelante ha descendido un par de grados antes de que se congele el evaporador. Eso hace que la temperatura del agua de las botellas pueda descender un poco más, por lo que "parece" que cada vez queden menos botellas sin congelar. Y si veo que alguna no se congela, le doy un meneo "manual" y asunto arreglado.
Parece que hay una "temperatura crítica", alrededor de los -6ºC y -8ºC, en la que las botellas se congelan sí o sí. Pero claro, el rendimiento del equipo disminuye mucho a esas temperaturas, y es lo que, desde un principio, quería evitar.