Mejoramiento del comportamiento térmico de sistemas de calentamiento de agua solares termosifónicos hechos con materiales no convencionales y con tanques de almacenamiento verticales y horizontales Performance improvement of solar thermosyphonic systems for water heating made of non conventional materials and using horizontal and vertical storage tanks

El objeto de estudio de este proyecto son los sistemas de calentamiento de agua mediante energía solar que funcionan termosifónicamente. En particular se tratará con dos diseños particulares generados por fabricantes de la Provincia de Córdoba y que han solicitado el asesoramiento del Grupo de Energía Solar (GES) para el mejoramiento de la performance térmica de dichos equipos. Se trata de dos sistemas que tienen materiales no tradicionales y se diferencian además por tener una distinta disposición del tanque de almacenamiento: uno es en forma vertical y el otro en forma horizontal. Basados en los resultados de un ensayo bajo norma internacional, donde se detectaron algunas puntos factibles de mejora, se propone en este proyecto el análisis en detalle de los equipos, para lo cual se les debe desarmar completos, para realizar un estudio analítico y experimental de los mismos con el objeto de hacer un planteo teórico-analítico del comportamiento de los mismos, con la implementación de propuestas de mejora y chequeo de los resultados. Se propone entonces como objetivo lograr un mejoramiento de la performance térmica de los citados equipos a partir de un estudio experimental y analítico. Asumiendo esta posibilidad de mejora, se plantea la hipótesis de que es posible representar el funcionamiento de estos equipos mediante modelos físico-matemáticos desarrollados a partir de ecuaciones y correlaciones conocidas y procesos a interpretar mediante resoluciones numéricas y softwares específicos de simulación. De esta manera, se plantea el despieze completo de los equipos para estudiar en detalle su estructura y conexiones internas y a partir de la geometría, dimensiones y propiedades termofísicas de materiales constructivos y fluidos de trabajo, realizar modelos físico-matemáticos que permitan realizar variaciones de propiedades y geometría y así buscar las mejores combinaciones que produzcan equipos más eficientes térmicamente. Los modelos físico-matemáticos serán codificados en lenguajes de alto nivel para poder luego de una validación de los modelos, correr simulaciones en un software de reconocimiento internacional que permite sumar dichos modelos mediante un protocolo de comunicación, haciendo que las poderosas prestaciones del software se puedan aplicar a nuestros modelos. Se complementará el estudio con un análisis exergético para identificar los puntos críticos en que se producen las pérdidas de oportunidad de aprovechar la energía disponible, para así analizar cómo solucionar los problemas en dichos puntos. Los materiales a utilizar serán los propios equipos provistos por los fabricantes, que serán modificados convenientemente para operarlos como prototipos Se espera obtener un conocimiento acabado de los procesos y principios de funcionamiento de los equipos, que permita plantear las mejoras, las cuales se implementarán en los prototipos, realizándose una medición mediante norma igual a la inicial para ver en que magnitud se logran las mejoras esperadas. Se pretende además que las mejoras a implementar, en la etapa de transferencia a las empresas involucradas, redunden no sólo en un beneficio técnico, sino que también los sea desde el punto de vista económico. Para ello se trabajará también sobre los procesos y métodos de fabricación para que los equipos mejorados no sean mas caros que los originales y de ser posible sean aún más económicos, todo esto apuntando a la difusión de la energía solar térmica y poner al alcance de todos estos equipos tan convenientes para la propagación de las energías limpias. El proyecto redundará también en un importante beneficio para el conocimiento de la comunidad científica en general, con el aporte de nuevos resultados en diseños novedosos y con nuevos materiales. Además, la institución se beneficiará con la formación que obtendrán los integrantes del proyecto, muchos de ellos en etapa de realización de sus estudios de posgrado y en una etapa importante de su vida como investigadores. The main goal of this project is the improvement of two thermosyphonic solar water heating systems, made of non conventional materials and with different arrangement of their storage tanks: one is vertical and the other one horizontal. The thermosyphonic systems are provided by manufacturers of the Córdoba Province, who came to the Solar Energy Group (GES) of the National University of Río Cuarto looking for help for the design of their products. In an agreement with these manufacturers, it was proposed this project in order to work analytically and experimentally in order to obtain physical-mathematical models of these two systems, which allow for changes to look by means of simulations the best changes to implement on the equipments for the improvement of their thermal performance. Then, the materials to be used are the proper systems provided by the manufacturers, which will be disarmed to be studied in detail. After the analytical study the proposals of improvement will be implemented in a high level language of programming to perform simulations in the environment of a well-known software for energy simulations (TRNSYS). After the simulations, the best modifications will be physically implemented in the prototypes to perform finally the same normalized test of the beginning and check the magnitude of the implemented improvements. The importance of this project is based on the offer of better systems the companies would make, which would benefit the deployment of the thermal solar energy. Another relevant point is to make the new equipments at the same cost of the previous ones or cheaper, in order to achieve a good deployment of the solar water heating systems; then, the manufacture processes and methods must be studied to obtain not only good technical solutions, but also economical equipments. In addition, this project will contribute to the increasing of the knowledge in the area of thermosyphonic solar systems and the training of postgraduate students.

Lectures on plant physiology. Authorized English translation by R.J. Harvey Gibson.

suppl.

Development of a rehabilitation system for the red mud waste generated at the Aughinish Alumina Bayer Plant

Aughinish Alumina Limited (AAL) have an obligation by terms of their Integrated Pollution Control Licence (IPCL) and Planning Permission to establish vegetation on the red mud stack at their plant at Aughinish, Co. Limerick. High pH and high exchangeable sodium percentage are the main known factors limiting the establishment of vegetation on red mud. Gypsum addition has been known to assist in alleviating these problems in other countries. However, there is no experience or published information on red mud rehabilitation under Irish conditions. Red mud with organic and inorganic waste-derived ameliorants as well as selected grassland species were examined under laboratory controlled environment conditions as well as in field plot trials. Also, in order that it would be economically achievable, the research utilised locally available waste products as the organic amendments. Screening trials found that physical constraints severely limit plant germination and growth in red mud. Gypsum addition effectively lowers pH, exchangeable sodium percentage and the availability of A1 and Fe in the mud. A strong relationship between pH, ESP and A1 levels was also found. Gypsum addition increased germination percentages and plant growth for all species investigated. Greenhouse trials demonstrated that organic wastes alone did not greatly improve conditions for plant growth but when used in conjunction with gypsum plant performances for all species investigated was significantly increased. There was a high mortality rate for grasses in non-gypsum treatments. An emerging trend of preferential iron uptake and calcium deficiency in non-gypsum treatments was found at pot screening stage. Species also displayed manganese and magnesium deficiencies.

The production of vermicompost from dairy sludge and its value as a plant growth medium

Dairy sludge generated at Glanbia Ingredients Ltd., Kilkenny has up until now been landspread. This study investigated the feasibility of using earthworms to vermicompost the sludge as an alternative method of treatment. It was found that high levels of ammonia in the sludge led to earthworm fatality but that by manually aerating the sludge the ammonia could be volatilised or by adding zeolite the ammonia could be absorbed, thus solving the problem. In a medium scale trial, the earthworm species Dendrobaena veneta and Eisenia fetida dominated the polyculture. Earthworms grew and generated cocoons during vermicomposting. During vermicomposting no leachate was generated. Nutrient changes took place during vermicomposting. There were high levels of nitrate, increased calcium and sulphate in the vermicomposted dairy sludge. The amount of magnesium, potassium and chloride did not change, while phosphate was undetectable after vermicomposting. The levels of nitrate and phosphate were good indicators of the extent of vermicomposting. The vermicomposted dairy sludge provided improved growth and yields of radishes and barley compared to the dairy sludge and control. Compared to the vermicompost, the dairy sludge provided heavier ryegrass yields and more marigolds with larger flower diameters. Generally, it is the amount of phosphate in dairy sludge that dictates how much can be applied as a fertiliser on land. Vermicomposting reduced the amount of phosphate to an undetectable level but on the other hand created a problem of high nitrate levels. In a pot trial with grass grown in vermicompost the nitrate leached from the vermicompost. In field conditions the leaching of nitrate might occur and could cause an increased risk of contamination of groundwater and watercourses.