Universidad Tecnológica de PanamáFacultad de Ingeniería Eléctrica

Ingeniería Electromecánica

Termodinámica 1 Asignación #2

Tema: Sistema de refrigeración más efectivo para motores híbridos

Profesor: Juan Delgado

Estudiantes: Javier Martínez 8-889-132 Víctor Campos 9-744-1298

Grupo: 9IE 131

4 de abril de 2016

Introducción

Un sistema de refrigeración se emplea para mantener cierta región del espacio a una temperatura menor que la de su entorno. El fluido de trabajo puede permanecer en una sola fase (refrigeración por gas) o puede aparecer en dos fases (refrigeración por compresión de vapor). Es común asociar la refrigeración con la conservación de alimentos y acondicionamiento de aire en los edificios. No obstante, las técnicas de refrigeración se necesitan en muchas otras situaciones. Como son el empleo de combustibles líquidos para la propulsión de cohetes, el oxígeno líquido para la fabricación del acero, pero en este trabajo veremos como se han usado estas técnicas para integrarlo a sistemas de autos híbridos, los cuales cada día que pasa son más amigables con elambiente.

El modelo de análisis termo- económica del sistema se considera en dos casos de calor de alta temperatura

Se presentan los recursos de calor residual y combustible de gas natural : recursos . Las actuaciones del sistema en dos modos de las horas de funcionamiento al año ( 600h y 1000h ) están calculados y analizados para mostrar el punto de vista comercial de la sistema de refrigeración híbrido absorción - eyector.

El desarrollo de un sistema de refrigeración miniaturizado por parte de ingenieros norteamericanos permitiría un mejor control de las temperaturas excesivas que suelen causar inconvenientes en algunos puntos críticos de los circuitos electrónicos empleados en los motores híbridos y eléctricos. También podría tener aplicación en el sector de la aviación y en la industria informática.

Un nuevo sistema de refrigeración desarrollado por ingenieros de la Universidad de Purdue, en Estados Unidos, podría colaborar en la optimización del funcionamiento de los coches eléctricos e híbridos, principalmente, además de aviones, computadoras y otros dispositivos similares. La innovación sería vital en el diseño de estos sistemas para enfriar los accesorios electrónicos de alta potencia que intervienen en los mecanismos indicados.

Hasta el momento, el fuerte aumento de calor y los líquidos que entran en ebullición son uno de los principales condicionantes para un desarrollo más efectivo de los motores híbridos y eléctricos. El sistema creado por los especialistas de Purdue sería capaz de solucionar justamente esos inconvenientes al facilitar y agilizar el proceso de refrigeración necesario.

Los resultados de este trabajo fueron publicados en un comunicado de prensa de la Universidad de Purdue. La investigación recibió 1,9 millones de dólares de subvención del Fondo de Investigación y Tecnología “Indiana's 21st Century”.

Al mismo tiempo, la firma Delphi Corporation colabora en la comercialización del sistema de refrigeración, que empleando microcanales de componentes electrónicos en los coches híbridos y eléctricos favorece el funcionamiento de sus motores. La investigación también está financiada por la National Science Foundation y el Cooling Technologies Research Center, un consorcio de empresas, universidades y laboratorios gubernamentales que trabajan en el desarrollo de nuevas tecnologías de enfriamiento compactas aplicadas a distintas áreas de la industria.

Un gran avance para el funcionamiento de los motores híbridos y eléctricos

El nuevo sistema de refrigeración tiene un amplio campo de aplicación en el sector mecánico, ya que permite prevenir el sobrecalentamiento de distintos dispositivos en los motores utilizados en los vehículos híbridos y eléctricos. Estos dispositivos son imprescindibles para concretar la aceleración de un vehículo de 0 a 60 Km/h en 10 segundos o menos.

Además, son imprescindibles para el sistema de frenos, para la generación de la energía empleada al recargar la batería o para convertir la corriente eléctrica necesaria para hacer funcionar los distintos accesorios del vehículo, entre otras funciones. Los dispositivos de alta potencia utilizados producen cerca de cuatro veces más de calor que un chip de computadora convencional.1

Atendiendo a esto, la optimización de los dispositivos de refrigeración resultaba trascendental para un mejor funcionamiento de los motores. Los investigadores estudiaron para ello un líquido dieléctrico que no conduce la electricidad, una característica que le permite ser utilizado directamente en los circuitos sin causar cortocircuitos eléctricos.

A su vez, este desarrollo se vale de dispositivos en miniatura que, a diferencia de los sistemas de enfriamiento convencionales, los cuales emplean un ventilador para hacer circular aire, permitirían incrementar en gran medida la cantidad de calor eliminable de los sistemas, tanto en los motores como en ordenadores y equipos informáticos.

1 http://docs.lib.purdue.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=1539&context=iracc

Funcionamiento y detalles

Algunos vehículos híbridos utilizan compresores de aire acondicionado que son operados por un motor eléctrico en lugar de una correa de transmisión. Devanado aislado del motor se sumergen en aceite lubricante del compresor. Los aceites utilizados en estos compresores tienen alta dieléctricas propiedades (no conductores). DENSO ha producido un gráfico que muestra que tan poco como 1 % de contaminación por un aceite incorrecto puede afectar a las propiedades dieléctricas. Si un tipo diferente de aceite de alguna manera se abre paso en uno de estos compresores, y si el aislamiento de los arrollamientos se ha dañado o comprometido, se puede producir una variedad de problemas.El mayor riesgo es que el aceite puede llevar a cabo de alto voltaje para el caso del compresor o los componentes conectados. Una persona puede recibir una descarga eléctrica si se tocan el compresor, motor, etc., y de base apropiada.

● Los sensores en el caso del compresor pueden detectar pequeñas fugas de voltaje. Una vez que se detecta una fuga, el sistema de control se apagará el compresor.

A medida drástica que pueda parecer, en los boletines de servicio, algunos fabricantes de vehículos híbridos afirman que todos los componentes del sistema de refrigeración deben ser reemplazados si se ha producido contaminación cruzada de aceite.

Algunos equipos de taller pueden introducir un nivel inaceptable de contaminación de aceite si se utiliza para cargar refrigerante en un vehículo híbrido con un motor impulsado por el compresor eléctrico. el aceite residual incorrecta puede permanecer en las mangueras de los equipos y tuberías internas, y entregada en el sistema durante el proceso de carga.

Recuperación / reciclado / recarga (RRR) máquinas que cumplen la especificación SAE J2788H son aceptables para su uso en vehículos híbridos con compresor accionado eléctricamente, y también pueden ser utilizados para los sistemas de A / C convencionales. Estas máquinas RRR están diseñados para evitar una cantidad perjudicial de aceite se mezcle con el refrigerante durante la carga. Máquinas J2788H también no contienen la capacidad de inyección de aceite, y esto impide la posibilidad de cualquier tipo de aceite que está siendo dispensado desde la máquina. Si se utiliza una, SAE J2210 mayor (o un "no-H" J2788) de la máquina para los sistemas de A / C convencionales, no se puede utilizar para recargar los sistemas A / C en los vehículos híbridos que utilizan un compresor accionado eléctricamente. Sin embargo, no es un dispositivo cuya utilización puede permitir una excepción.2

Para permitir el uso de máquinas RRR no J2788H en ciertos híbridos (y los sistemas convencionales, así), un complemento de filtro está disponible. Está

2 https://macsworldwide.wordpress.com/2012/03/30/use-caution-when-recharging-ac-systems-on-hybrid-vehicles/

diseñado para eliminar el aceite, colorante y otros contaminantes líquidos o de partículas de refrigerante durante la recarga. Este filtro especial se coloca en serie entre la máquina RRR y el vehículo.

Se vaporiza el refrigerante, y las trampas y mantiene la gran mayoría de los materiales no en forma de vapor (incluido el petróleo), por lo que no puede entrar en el sistema de A / C del vehículo. El filtro elimina la necesidad de comprar un equipo separado para recargar los vehículos híbridos con compresores accionados por motor eléctrico.

Los investigadores emplearon en la investigación chips de prueba fabricados por la empresa Delphi Corporation, que miden alrededor de un centímetro de cada lado y contienen 25 sensores de temperatura. Si el calor se concentra en demasía, se dificulta el rendimiento de los chips electrónicos o se pueden producir daños en los circuitos pequeños, especialmente en los denominados "puntos calientes" o sitios más proclives al aumento excesivo de temperatura.

Para que el diseño de estos sistemas sea realmente efectivo, debe ser posible predecir la velocidad de transferencia del calor y la magnitud del enfriamiento que se obtendrá con el mecanismo, una condición que justamente forma parte de los principales objetivos de la investigación desarrollada en el Colegio de Ingeniería de la Universidad de Purdue. 3

La refrigeración miniaturizada que se ha empleado en este desarrollo presenta importantes ventajas con respecto a las tecnologías de enfriamiento tradicionales. Es que el más avanzado de los sistemas convencionales puede llegar a reducir como máximo la temperatura del chip o de los circuitos de electrónica avanzada de los coches híbridos y eléctricos hasta la temperatura ambiente, mientras que el nuevo sistema puede alcanzar valores por debajo de la temperatura ambiental.

También han colaborado en la investigación el Birck Nanotechnology Center y el Discovery Park, ambos centros pertenecientes a la Universidad de Purdue. Otro aporte importante de esta investigación es el desarrollo de una matriz de prueba completa, que permite a los ingenieros determinar las condiciones que debe tener cada sistema particular de refrigeración a realizar, teniendo en cuenta una serie de parámetros como la magnitud del calor y el flujo de fluidos en cada mecanismo.

3 L. Jiang, Thermodynamic and Technical Economic Study on Absorption-Ejector Hybrid Refrigeration System, Thesis of Master, Xi’an Jiaotong University, April, 2000

Conclusión

El mejoramiento de las tecnologías con el paso del tiempo es muy importante para nosotros, ayudando a mejorar nuestra calidad de vida y también cuidando el ambiente. Es importante estudiar este desarrollo académico, ya que es fundamental que como profesionales sepamos el funcionamiento de sistemas en nuestra área, debemos saber y conocer un poco más o de manera más profunda los procesos o efectos que se producen en nuestro entorno, es decir, la naturaleza misma del mundo.

Bibliografía

1. http://docs.lib.purdue.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=1539&context=iracc2. https://macsworldwide.wordpress.com/2012/03/30/use-caution-when-recharging-ac-

systems-on-hybrid-vehicles/3. L. Jiang, Thermodynamic and Technical Economic Study on Absorption-Ejector Hybrid

Refrigeration System, Thesis of Master, Xi’an Jiaotong University, April, 2000