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PRESENTA MC. RAÚL ROMÁN AGUILAR REFRIGERACIÓN POR EYECTO-COMPRESIÓN Coordinación de Refrigeración y Bombas de Calor Departamento de Sistemas Energéticos.

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1 PRESENTA MC. RAÚL ROMÁN AGUILAR REFRIGERACIÓN POR EYECTO-COMPRESIÓN Coordinación de Refrigeración y Bombas de Calor Departamento de Sistemas Energéticos SIMA 2009

2 CONTENIDO 1.Problemática de la industria frigorífica 2.Funcionamiento y variantes de los sistemas de eyecto-compresión 3.Antecedentes de los sistemas de eyecto- compresión 4.Metodología 5.Validación del modelo matemático 6.Resultados 7.Conclusiones Refrigeración y Bombas de Calor Departamento de Sistemas Energéticos SIMA 2009

3 INTRODUCCION Problemas de la industria frigorífica 1.Consumo de energía % de energía eléctrica consumida en el hogar (FIDE- CONAE 2008) 15 % de electricidad consumida a nivel mundial (PNUMA 2008) Consumo de recursos naturales 2.Elevada contaminación de los fluidos de trabajo Destrucción de la capa de ozono Aumento del efecto invernadero directo Aumento del efecto invernadero indirecto Refrigeración y Bombas de Calor Departamento de Sistemas Energéticos SIMA 2009

4 REFRIGERANTEFECHA LIMITE No Definida R11CFC R12CFC (1, 8500) R13CFC R500CFC R502CFC R401AHCFC R409AHCFC R402AHCFC R123HCFC R22HCFC (0.05, 1700) R134aHFC R404A(R32, R125, R134a)HFC (0, 1700) R507(125,134a)HFC NombreDesignaciónFormula Peso molTcrítica / ºCODPGWP tetrafluoroetanoR134aCH2FCF diclorotrifluoroetanoR123CHCL2CF difluoroetanoR152aCH3CHF EtanoR170C2H ButanoR600C4H IsobutanoR600aC4H PropanoR290C3H

5 Circuito de potenciaCircuito de enfriamiento Generador Condensador Evaporador Bomba Válvula de expansión Q GE Q CO Q EV Eyector FUNCIONAMIENTO DE LOS SISTEMAS DE EYECTO- COMPRESIÓN Solar Industria

6 VARIANTES DE LOS SISTEMA EYECTO-COMPRESIÓN CON COMPRESOR AUXILIAR (SIRECA) HIBRIDO CON COMPRESOR AUXILIAR (SIRHEC)

7 SOLAR Y CON COMPRESOR AUXILIAR (SIRSEC) SOLAR HIBRIDO CON COMPRESOR AUXILIAR (SIRSHECA)

8 ANTECEDENTES Primeros artículos que describen la composición básica del sistema de eyecto-compresión: Caldwell (1932), Jackson (1936) y Stivens (1940) Flugel – realiza el primer análisis formal de un eyector Keenan y Neumann- desarrollan un modelo matemático del mezclado en un eyector Elrod - desarrolla un método simplificado para diseñar del eyector Keenan, Neumann y Lustwerk – primer análisis teórico y experimental comprensivo del eyector Martynowsky - primera investigación sobre refrigeración mediante eyecto-compresión, propone como fluidos de trabajo al R11 y R Lu - desarrolla un modelo unidimensional considerando 3 regimenes de flujo dentro del eyector mixto, de transición y supersónico. Refrigeración y Bombas de Calor Departamento de Sistemas Energéticos SIMA 2009

9 EN EL CIE-UNAM 1992 I. Pilatowsky y M. Sokolov desarrollan los primeros estudios sobre el SIRE con R C. Estrada, I. Pilatowsky, R. Dorantes y R. Best, simulación de pequeños sistemas solares de eyecto-compresión y utilizando el R142b J. Hernández inicia el diseño, simulación y evaluación de sistemas solares de refrigeración por eyecto-compresión para la producción de hielo. Utilizando R142b y R134a. Desde 1996 se ha venido trabajando en la simulación de diversos sistemas de refrigeración solar por eyecto-compresión. En 2006 inicia la construcción del banco de pruebas R. Roman inicia simulación de estos sistemas con hidrocarburos. En 2008 H. González diseño y evaluación termodinámica del enfriador intermedio de un sistema híbrido por eyecto-compresión (SIRHEC).SIRHEC A finales de 2009 se tendrán resultados experimentales. Refrigeración y Bombas de Calor Departamento de Sistemas Energéticos SIMA 2009

10 METODOLOGÍA Revisión bibliográfica Revisión bibliográfica Infraestructura Computacional Refrigerantes Simulación del sistema de eyecto- compresión Simulación del sistema de eyecto- compresión * Condiciones de diseño de diseño * Dimensionamiento del eyector del eyector * Refrigerante adecuado adecuado * Mayor rendimiento (COP) (COP) Experimentación Refrigeración y Bombas de Calor Departamento de Sistemas Energéticos SIMA 2009

11 Revisión bibliográfica Revisión bibliográfica Propiedades termodinámicas Refrigerantes orgánicos (R600a,R600,R290,R170) Ecuaciones de estado EOS modificada de Benedict Webb Rubin Diversos refrigerantes Todas las zonas Refrigerantes sistema de eyecto-compresión CFC, HCFC, HFC R134a, R141b Orgánicos Haidar-7-R600a Lallemand-R600a COP =0.07 Lallemand-R600a COP =0.07 Salvaraju-R290 COP =0.36 R600a COP = 0.34 Nehdi- R600 COP =0.3 R290 COP =0.38 R290 COP =0.38 Pridasawas- R600, R290 y R600a COP =0.48 R600a COP =0.48 Refrigeración y Bombas de Calor Departamento de Sistemas Energéticos SIMA 2009

12 S T oa bcdef VAPORLIQUIDO REGION BIFASICA B PROPIEDADES TERMODINAMICAS DE REFRIGERANTES Ecuación modificada de Benedict Webb Rubin Trayectoria de integración para determinar S y H

13 Programa de propiedades termodinámicas SIMULACIÓN DEL SISTEMA DE EYECTO-COMPRESION Solución del sistema de ecuaciones del eyector Calcula propiedades faltantes de cada estado Resultados Calcula propiedades de cada estado del sistema Fin Datos correspondientes a cada estado del sistema Inicio Termino de calcular? SI NO P CO P GE 1 h P EV P r 6

14 Criterios para el diseño y construcción del banco de pruebas Pruebas experimentales controladas de los diferentes sistemas de refrigeración por eyecto-compresión : Sistema de enfriamiento por eyecto-compresión, SIRECA, SIRHEC, SIRSEC Y SIRSHECA. Selección de cada componente (tubería, válvulas, accesorios, etc. ) Instrumentar adecuadamente el banco de pruebas. Calibrar cada instrumento de medición. Obtener datos de las principales variables P, T, flujo (frecuencias). Pruebas controladas sobre el eyecto-compresor, para obtener y corroborar curvas de funcionamiento. Refrigeración y Bombas de Calor Departamento de Sistemas Energéticos SIMA 2009

15 Refrigeración y Bombas de Calor Departamento de Sistemas Energéticos SIMA 2009 Banco de Pruebas para sistemas de refrigeración por eyecto-compresión Laboratorio de Refrigeración CIE-UNAM

16 Refrigeración y Bombas de Calor Departamento de Sistemas Energéticos SIMA 2009 Carga de refrigeranteCalentamiento del refrigerante

17 Refrigeración y Bombas de Calor Departamento de Sistemas Energéticos SIMA 2009 Circuito de recirculación Bomba – Sensor de flujo

18 Refrigeración y Bombas de Calor Departamento de Sistemas Energéticos SIMA 2009 Sensores Presión y Temperatura Intercambiadores de calor tipo placas

19 Refrigeración y Bombas de Calor Departamento de Sistemas Energéticos SIMA 2009 Sistema de adquisición de datos Apoyo por parte de Estudiantes * Selección de equipo. * Calibración de sensores de Temperatura. * Calibración de sensores de Presión. * Conexión de instrumentación * Programación para adquisición de datos. * Conexión de equipos auxiliares.

20 Sistema de ecuaciones del eyector obtenidas Sistema de ecuaciones del eyector obtenidas a partir del modelo de Lu Datos Yapici et al * Refrigerante R123 * Eficiencia difusor 0.9 * Dimensiones de los eyectores * Temperaturas de trabajo * Lm 5mm * COP VALIDACIÓN

21 Refrigeración y Bombas de Calor Departamento de Sistemas Energéticos Algunos datos importantes QGE, QCO, W b, FF, e RESULTADOS Resultados SIRE funcionando con R123 (a) Este trabajo (b) Yapici et al. (2008) SIMA 2009

22 Gráfica de contra TGE, trabajando el sistema con 3 HC, 2 HFC y 1 HCFC Gráfica de contra TGE, trabajando el sistema con 3 HC, 2 HFC y 1 HCFC Refrigeración y Bombas de Calor Departamento de Sistemas Energéticos SIMA 2009

23 Gráfica de COP contra TGE, trabajando el sistema con 3 HC, 2 HFC y 1 HCFC Gráfica de COP contra TGE, trabajando el sistema con 3 HC, 2 HFC y 1 HCFC Refrigeración y Bombas de Calor Departamento de Sistemas Energéticos SIMA 2009

24 Gráfica de COP contra TCO, trabajando el sistema con 3 HC, 2 HFC y 1 HCFC Gráfica de COP contra TCO, trabajando el sistema con 3 HC, 2 HFC y 1 HCFC Refrigeración y Bombas de Calor Departamento de Sistemas Energéticos SIMA 2009

25 Gráfica de COP contra TEV, trabajando el sistema con 3 HC, 2HFC y 1 HCFC Gráfica de COP contra TEV, trabajando el sistema con 3 HC, 2HFC y 1 HCFC Refrigeración y Bombas de Calor Departamento de Sistemas Energéticos SIMA 2009

26 Desarrollo de un programa de computo para obtener las propiedades termodinámicas de distintos refrigerantes con errores menores al 1%. Implementación de un programa de computo en C que simula el sistema de enfriamiento por eyecto-compresión. Validación del sistema con datos experimentales publicados, obteniendo errores menores al 6% Simulación del sistema de enfriamiento variando paramétricamente las temperaturas TGE, TCO y TEV trabajando con Butano, Isobutano, Propano, R152a, R123 y R134a como refrigerantes, para obtener los datos de diseño del equipo y el refrigerante adecuado. Del análisis de resultados se desprende que de los refrigerantes utilizados el R290 es el mejor para utilizarse en estos sistemas. Esta por concluir el armado del banco de pruebas. CONCLUSIONES Refrigeración y Bombas de Calor Departamento de Sistemas Energéticos SIMA 2009

27 Refrigeración y Bombas de Calor Departamento de Sistemas Energéticos SIMA 2009 GRACIAS POR SU ATENCIÓN Los conceptos y principios fundamentales de la ciencia son invenciones libres del espíritu humano (Albert Einstein)


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