Mejoras Energéticas Basadas en un Modelo Dinámico para una Instalación de Compresión de Vapor Transcrítica

Abstract

En los últimos años, el modelado y simulación numérica en estudios de estado transitorio se ha convertido en una técnica muy útil para la búsqueda de mejoras energéticas en los sistemas termo-energéticos. El uso de esta técnica en los sistemas convencionales de compresión de vapor, ha permitido entender con mayor detalle el comportamiento de los mismos durante la operación del sistema y así, diseñar mecanismos de control y mejoras que puedan afectar al desempeño energético de estos sistemas, inclusive, la búsqueda de incrementos significativos cuando éstos trabajan en modo refrigeración. Hoy en día, frente al problema de rendimiento que adolecen los sistemas transcríticos en modo refrigeración, el uso de la técnica de modelado dinámico en la búsqueda de mejoras energéticas en los mismos puede ser una opción prometedora, ya que su uso en los sistemas convencionales ha sido satisfactorio. Este trabajo doctoral es enfocado al modelado y simulación numérica de los principales componentes de la instalación de compresión de vapor transcrítica que incluyen enfriador de gas, intercambiador de calor intermedio y evaporador, con el propósito de que cada modelo sea capaz de predecir el comportamiento transitorio del componente relevante durante el arranque de la instalación transcrítica experimental bajo estudio, esto con el fin de proponer mejoras energéticas en la misma. Los modelos fueron desarrollados matemáticamente y geométricamente, y procesados en el software ANSYS Fluent 14.0. Las simulaciones de los modelos del enfriador de gas y del intercambiador de calor intermedio fueron realizadas bajo condiciones de frontera constantes y variables; mientras que para el evaporador, solo las condiciones de frontera constantes fueron consideradas. El análisis fue basado en el comportamiento transitorio de las propiedades termofísicas así como los parámetros de transferencia de calor. La tasa de transferencia de calor y la efectividad térmica de cada intercambiador de calor fueron analizadas.