Evaluación termodinámica de sistemas de climatización centralizados por agua helada usando herramientas de inteligencia artificial

A thermodynamic evaluation of chilled water central air conditioning systems using artificial intelligence tools

Se presenta el análisis de un sistema centralizado de climatización por agua helada con el objetivo de evaluar las irreversibilidades en los componentes principales del ciclo, así como la sensibilidad de este indicador ante las variaciones de las condiciones de operación.

Se hace uso de redes neuronales artificiales (RNA) y algoritmos genéticos (AG), herramientas de Matlab para determinar las propiedades de los refrigerantes en cada punto del ciclo en estudio y que éstas, a su vez, interactúen con las ecuaciones que describen el comportamiento termodinámico del sistema. La temperatura del refrigerante a la salida del compresor se determina a partir de un modelo híbrido que conjuga el modelo neuronal con un algoritmo genético simple como herramienta de optimización. Como resultado final se identifican los componentes del ciclo más sensibles ante las variaciones de las condiciones de trabajo, se obtiene que el evaporador y el mecanismo de expansión, respectivamente, siguen al compresor con pérdidas exergéticas significativas, sumando entre todas 85,62% de las irreversibilidades totales del sistema, conformándose así una herramienta útil para la evaluación de tales sistemas.

Introducción

El análisis termodinámico de las instalaciones energéticas persigue dos objetivos: la determinación de la eficiencia termodinámica de los procesos y la búsqueda del mejor camino para el óptimo aprovechamiento de la energía. A tal fin se han utilizado históricamente dos enfoques en el análisis de los sistemas: el llamado enfoque energético, sustentado exclusivamente en la primera ley de la termodinámica; y el enfoque denominado exergético, el cual apoya al anterior considerando la segunda ley de la termodinámica como parte crucial en el aprovechamiento real de la energía. No es posible desligar el análisis de primera   ley de la aplicación del análisis de segunda ley, especialmente en sistemas donde aparece trabajo asociado o aprovechamiento de fuentes de energía a diferentes temperaturas. La aplicación de ambos criterios conforma una herramienta poderosa para evaluaciones cuantitativas y cualitativas a sistemas y procesos energéticos, posibilitando detectar potenciales de aprovechamiento de energía útil y evaluar las vías que permitan optimizar su uso.

El objetivo de este trabajo es evaluar el comportamiento de un ciclo de refrigeración por compresión de vapor de un sistema de climatización centralizado por agua helada a partir de un enfoque termodinámico. Se determinan las irreversibilidades en los componentes principales del ciclo, así como su influencia en la irreversibilidad total del ciclo, y se evalúa la sensibilidad e impacto de éstas ante las variaciones de las condiciones de operación.