Metodología rápida para la modelación de chillers de absorción uniefecto en el entorno de simulación de TRNSYS

Prompt Single-Effect Absorption Chiller’s Modelling Methodology within the TRNSYS Simulation Environment

El crecimiento económico incrementa las necesidades de aire acondicionado y refrigeración. Por tal, eficiencia energética en edificios, así como los recursos energéticos distribuidos son temas de alto interés. Los chillers de absorción impulsan procesos de enfriamiento, a partir de fuentes de calor tales como distritos térmicos, cogeneración, energía termosolar o calor industrial residual, con menores emisiones de CO₂. Los chillers de absorción son máquinas térmicas no sencillas, lo que dificulta la evaluación del desempeño y requiere el uso de herramientas computacionales para simular su comportamiento. El presente trabajo ofrece resultados de una metodología propuesta, la cual a partir de las curvas de capacidad de enfriamiento dadas por los fabricantes y las ecuaciones básicas que modelan a un chiller de absorción, se obtiene al archivo de datos que el software TRNSYS requiere para simularlo.

1. Introducción

Se estima que el mundo consume un billón de kWh/año de electricidad para climatización [1]. Se prevé que la energía destinada al aire acondicionado se multiplicará por diez para el 2050 [2]. Las emisiones de CO₂ crecerán un 60% para el 2030, respecto al comienzo del siglo [3]; los refrigerantes HCFC, aún contribuyen al deterioro de la capa de ozono. En Barranquilla, Colombia, la demanda por refrigeración y aire acondicionado es más del 50% de la demanda eléctrica total (67% en sector residencial) [4]. El aprovechamiento de energías renovables y la instalación de recursos energéticos distribuidos son promisorios para suplir necesidades de calentamiento, aire acondicionado y refrigeración (HVAC&R) y desligar en la medida de lo posible a estos equipos de la red eléctrica, reduciendo picos de consumo eléctrico. El enfriamiento mediante chillers de absorción usa refrigerantes que no deterioran la capa de ozono y demanda poca electricidad respecto a sistemas HVAC&R convencionales; su huella de CO₂ es muy inferior; esto concierne a zonas como la costa caribe colombiana donde la electricidad es más costosa y es generada por plantas térmicas a base de combustibles fósiles.

La IEA pronostica que para 2050 la capacidad instalada de enfriamiento solar será de 1000 GW, lo que corresponderá al 17% de la capacidad mundial destinada a enfriamiento [5]. La industria de enfriamiento solar, ha presentado una tasa de crecimiento global promedio de 6% entre 2010 y 2014 [6]. Sin embargo, gran parte de la capacidad instalada hoy es por proyectos de demonstración [7]–[9], como el instalado en el Bloque 24 de la UPB en Medellín, Colombia [10], pues sus costos CAPEX son elevados, aun cuando en comparación con sistemas HVAC&R convencionales, los costos OPEX son bajos [2], [3]. Aun así, la IEA proyecta, reducciones de costos de capital del enfriamiento solar entre 35% y 45% para para el 2030 [11], [12]. El 82% de los sistemas de enfriamiento termosolar instalados son por ciclo de absorción [9]. Además de energía termosolar, la fuente de calor para un chiller de absorción (o adsorción) puede ser calor de desecho industrial, de cogeneración (combined heat and power [CHP]), de fuente natural o de un distrito térmico como el instalado por Empresas Públicas de Medellín (EPM) en Medellín, el cual alimenta a un chiller para suministrar aire acondicionado.

TRNSYS es un entorno de simulación transitoria completo y extensible. Se usa para diseñar, viabilizar y planificar proyectos energéticos, incluyendo estrategias de control, modelación térmica de edificios, sistemas de energías renovables (eólico, solar, fotovoltaico, etc.). TRNSYS posee una estructura modular que permite al usuario modificar y adaptar los modelos de los componentes a sus necesidades, tal como se realizó en este trabajo.