Modelado de un sistema de refrigeración caracterizado en un rango amplio de condiciones de operación

Modelling of a refrigeration system characterized under extended operating conditions

En este estudio se presenta la metodología para desarrollar un modelo semiempírico de un sistema de refrigeración clásico, compuesto de un compresor, un condensador, una válvula de expansión y un evaporador, el que es ensayado en un rango muy amplio de condiciones de operación. Los modelos se presentan en forma modular, lo que permite que puedan adaptarse a cualquier tipo de aplicación que utilice un sistema de refrigeración por compresión de vapor: refrigeración, aire acondicionado o bombas de calor, con componentes similares a los utilizados en este estudio. Los resultados de los modelos son confrontados con datos experimentales, los cuales son obtenidos de un sistema de enfriamiento que trabaja con un compresor a espiral, un evaporador a placas y un condensador de tubos planos y de aletas con persianas. Esta confrontación es en este caso utilizada para determinar algunos parámetros empíricos de los modelos. Una vez validados los modelos individuales se procede a conectar cada uno de ellos para definir el modelo global, se asume que el condensador impone la presión de condensación, el evaporador la presión de evaporación y el compresor el flujo de refrigerante, entre otras variables intermedias. Las principales salidas del modelo global son la potencia de refrigeración, la potencia del compresor y el COP (coeficiente de desempeño) del sistema. El modelo de simulación predice el COP del sistema con una diferencia inferior a un 8% con respecto a los valores experimentales, los que consisten en un total de 76 ensayos realizados en régimen estacionario y los que son utilizados para validar los modelos individuales y globales. Una vez realizado lo anterior, se determina, por simulación, el dominio de trabajo del sistema.

INTRODUCCIÓN

El modelado en sistemas térmicos se desarrolla principalmente para la selección o dimensionamiento de sus componentes, o simplemente para determinar su dominio de operación.

La selección de equipos y dimensionamiento del sistema se realiza, generalmente, a una condición de operación nominal, lo que no permite tener una idea de cómo se comporta el sistema en condiciones diferentes a la de diseño o a carga parcial. Además, de los equipos solo se conocen las condiciones nominales de operación, las cuales solo en algunos casos son entregadas por los fabricantes de estos, pero no se sabe cómo estos van a interactuar una vez que se integren al sistema considerado.

La ventaja de realizar un modelo, y posteriormente una simulación del sistema, es que se tiene la respuesta inmediata de todo el sistema a una perturbación cualquiera, realizada a un componente específico o al sistema completo. Sin embargo, este tipo de modelado aumenta el grado de complejidad de la programación como también su resolución numérica.