(GRUPO DE INGENIERÍA TÉRMICA)

4. RECURSOS.

ÍNDICE DE LA PRESENTACIÓN

1. OBJETIVO GENERAL DE LA INVESTIGACIÓN EN EL G.I.T.

2. JUSTIFICACIÓN

3. LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN

5. CURRICULUM DEL GRUPO DE INVESTIGACIÓN.

1. OBJETIVO GENERAL DE LA INVESTIGACIÓN

ADQUIRIR UN CONOCIMIENTO

PROFUNDO DE LOS

DIFERENTES MÉTODOS DE

PRODUCCIÓN DE FRÍO. PARA LOGRAR

INSTALACIONES FRIGORÍFICAS

ACORDES CON LOS CRITERIOS

DE DESARROLLO SOSTENIBLE.

ELEVAR LA EFICIENCIA

ENERGÉTICA.

EMPLEO DE REFRIGERANTES

NO DAÑINOS PARA LA CAPA DE

OZONO NI POTENCIADORES DEL

EFECTO INVERNADERO.

LO QUE IMPLICA

2. JUSTIFICACIÓN

La refrigeración y climatización son tecnologías imprescindibles para mantener y mejorar el nivel de vida de la sociedad.

2. JUSTIFICACIÓN

HFC

HFC·GWP=CO2

Este método presenta dos graves inconvenientes:

El método de producción de frío empleado en el 99% de las aplicaciones es la compresión mecánica de vapor.

1. Utiliza fluidos de trabajo (HFC y HCFC) que son gases de efecto invernadero con potenciales de impacto muy superiores al CO2, por lo que las fugas de estos refrigerantes al ambiente son emisiones directas equivalentes a una cantidad muy superior de CO2

CFC-11CFC-13CFC-12CFC-113CFC-114CFC-115CFC-502HCFC-22HCFC-123HCFC-124HCFC-141bHCFC-142b

HFC-23HFC-407CHFC-134aHFC-125HFC-404AHFC-507A

R600R600aR290CO2NH3

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 114 12 10 8 6 4 2 0

GWP100años * 103 ODPReferido al R11

2. JUSTIFICACIÓN

Protocolo Kyoto Protocolo Montreal

El sector del frío representa el 15% de la demanda mundial de

energía eléctrica

2. JUSTIFICACIÓN

CO2

HFC

HFC·GWP=CO2

2. El otro gran inconveniente es que consume energía eléctrica, lo cual supone una contribución indirecta de CO2 al ambiente.

EfectoEfectodirectodirecto

EfectoEfectoIndirectoIndirecto

2. JUSTIFICACIÓN

El problema medioambiental asociado a la producción de frío presenta dos facetas:

Una representación cualitativa de la envergadura de ambos efectos se representa en la figura adjunta

- Efecto directo: emisiones de HFC y HCFC al ambiente.

- Efecto indirecto: Consumo eléctrico de las instalaciones frigoríficas.

Las líneas de investigación en el G.I.T. están orientadas a:

2. JUSTIFICACIÓN

Mitigar Efecto Indirecto:

Aumentar Eficiencia Energética de Instalaciones de Compresión de Vapor.

Evaluar nuevos métodos de producción de frío con elevadas eficiencias energéticas.

Mitigar Efecto Directo:

Introducción de fluidos naturales inocuos para el medioambiente como refrigerantes (CO2).

LÍNEA 1.

3. LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN.Aumentar Eficiencia Energética (COP) de Instalaciones de Compresión Simple de Vapor.

• Desarrollo de una instalación de compresión experimental en laboratorio para realización de estudios prácticos y validación de modelos.

• Desarrollo de un modelo estacionario basado en relaciones físicas y empíricas.• Estudio de los efectos técnicos y energéticos a nivel teórico y experimental de la sustitución de refrigerantes

tipo HCFC por nuevos refrigerantes de la familia HFC en instalaciones en funcionamiento • Estudio del efecto de las fugas de refrigerante en el comportamiento energético de las instalaciones,

especialmente cuando éstas trabajan con refrigerantes de tipo zeotrópico de la familia HFC .• Estudio de los procesos de intercambio térmico tanto en evaporador como en condensador • Desarrollo de modelos dinámicos para el evaporador y el condensador orientados a la regulación y control

de las instalaciones • Estudio de la incidencia del intercambiador intermedio en el COP de la instalación• Evaluación de estrategias de optimización energética mediante control de velocidad de giro del compresor.• Evaluación de la optimización energética mediante control electrónico de la válvula de expansión.• Evaluación de estrategias de optimización energética mediante control de la velocidad de los fluidos

secundarios en el evaporador y condensador.• Análisis del comportamiento de la instalación ante fugas de refrigerante• Desarrollo de aplicaciones de detección en tiempo real de fallos en la instalación.

Trabajos desarrollados:

LÍNEA 2.

3. LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN.

Aumentar Eficiencia Energética (COP) de Instalaciones de Compresión Doble de Vapor.

• Construcción de una instalación experimental de compresión doble de vapor equipada con un compresor

compound.

• Monitorización y puesta en marcha del sistema de adquisición de datos de la instalación.

• Evaluación experimental del comportamiento del sistema de subenfriamiento por inyección directa de

líquido ante la variación de las condiciones de inyección.

• Evaluación experimental del comportamiento energético del sistema de inyección directa de líquido en

media y baja temperatura de evaporación.

• Evaluación experimental del comportamiento del sistema de “subcooler” ante la variación de las

condiciones de caudal inyectado.

• Evaluación experimental del comportamiento energético, en referencia al sistema doble etapa sin

desrecalentamiento entre etapas, del sistema de “subcooler” en media y baja temperatura de evaporación.

• Comparación de los sistemas “subcooler” e inyección directa con el sistema de compresión en doble

etapa sin desrecalentamiento entre etapas de compresión.

• Definición de criterios de diseño de las condiciones de trabajo a presión intermedia.

Trabajos desarrollados:

3. LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN.

Trabajos desarrollados:

• Construcción de una instalación experimental de compresión de vapor que trabaja en régimen transcrítico empleando el dióxido de carbono como refrigerante. Esta instalación es pionera en España y ha recibido el VII premio TALGO a la innovación y el desarrollo (2007)

• Adaptación de la tecnología necesaria para el empleo del CO2 como refrigerante:

- Búsqueda de componentes específicos.

- Sistema de separación y retorno de aceite, deshidratación del circuito, filtros adecuados

- Material empleado en conducciones e intercambiadores

- Sistemas de conexión

- ….

• Estudio de diferentes configuraciones de expansión.

• Estudio del efecto del intercambiador intermedio y de su mejor ubicación en el ciclo.

• Estudio del efecto del recalentamiento producido en compresor semihermético.

Introducción de fluidos naturales inocuos para el medioambiente (CO2).

LÍNEA 3.

3. LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN.

1. Estudio de diferentes configuraciones del ciclo para mejorar la eficiencia energética.

2. Sustitución de válvulas de expansión isoentálpicas por dispositivos de expansión isoentrópicos (tecnología Scroll ó tornillo) en ciclos de compresión de vapor, especialmente en los que emplean el CO2 como refrigerante, con el fin de eliminar las pérdidas exergéticas introducidas por las primeras.

En este trabajo futuro se partirá de las plantas experimentales construidas por el grupo de investigación.

Se considera prioritario el trabajo en las instalaciones que operan con CO2

por las perspectivas futuras de este refrigerante.

Trabajos en desarrollo

Introducción de fluidos naturales inocuos para el medioambiente como refrigerantes (CO2).

LÍNEA 3.

3. LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN.

Estudio energético de ciclos Rankine que operen con diferentes fluidos orgánicos.

LÍNEA 4.

Esta línea de trabajo se centra en la revalorización de efluentes energéticos generados en procesos industriales, para ello se trabajará con un ciclo termodinámico (ciclo Rankine) sobradamente conocido por el grupo de investigación, ya que es equivalente al ciclo de compresión de vapor funcionando en sentido inverso.

El objetivo fundamental es construir una planta experimental que aproveche las fuentes de calor residual de bajo nivel térmico (60-120ºC) generadas en procesos industriales, para generar electricidad.

El ciclo de trabajo será un ciclo Rankine y se probarán diversos fluidos atendiendo a los niveles térmicos disponibles en los focos caliente y frío.

Los equipos que integrarán la instalación serán convencionales (condensador, bomba, caldera…) a excepción del dispositivo de expansión, el cual, en lugar de ser una turbina radial típica será un compresor tipo scroll o tornillo adaptado para su funcionamiento inverso, es decir, como expansor (este aspecto enlaza con la LINEA 3 de investigación).

3. LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN.

Aplicación de nuevos métodos de producción de frío, sin utilización de fluido HFC.

LÍNEA 5.

En el momento actual se ha desarrollado un trabajo de carácter experimental sobre instalaciones de absorción de múltiple efecto con llama directa. Este sistema se encuentra a nivel comercial.

De forma meramente teórica se encuentran en proceso de comparación los sistemas convencionales de compresión de vapor (Línea prioritaria de investigación) con sistemas totalmente nuevos ,como el termoacústico y el termomagnético, ó sistemas que están viviendo un nuevo renacimiento y que sin efectos medioambientales, como las Máquinas de Aire, Eyección o Ciclos Stirling.

4. RECURSOS.RECURSOS HUMANOS:

Ramón Cabello López (cabello@emc.uji.es)

Rodrigo Llopis Doménech (rllopis@emc.uji.es)

Daniel Sanchez García-Vacas (sanchezd@emc.uji.es)

Enrique Torrella Alcaraz (torrella@ter.upv.es)

Juan Antonio Larumbe (jalarumbe@ter.upv.es)

UNIVERSIDAD JAUME I DE CASTELLON.

DPTO. DE INGENIERÍA MECÁNICA Y CONSTRUCCIÓN.

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE VALENCIA.

DPTO. DE TERMODINÁMICA APLICADA.

4. RECURSOS.

RECURSOS MATERIALES:

• Se relacionan a continuación los recursos materiales más significativos.

4. RECURSOS MATERIALES.

INSTALACIÓN EXPERIMENTAL DE COMPRESIÓN SIMPLE

4. RECURSOS MATERIALES.

INSTALACIÓN EXPERIMENTAL DE COMPRESIÓN DOBLE

4. RECURSOS MATERIALES.

INSTALACIÓN EXPERIMENTAL DE COMPRESIÓN SIMPLE UTILIZANDO CO2 COMO REFRIGERANTE Y OPERANDO EN RÉGIMEN TRANSCRITICO.

4. RECURSOS MATERIALES.

SISTEMA AUXILIAR DE REGULACIÓN DE LA CARGA TÉRMICA EN EL EVAPORADOR

4. RECURSOS MATERIALES.

SISTEMA AUXILIAR DE REGULACIÓN DE LA CARGA TÉRMICA EN EL CONDENSADOR

4. RECURSOS MATERIALES.

CROMATÓGRAFO PARA MEDIR COMPOSICIONES DE REFRIGERANTES Y ARRASTRES DE ACEITE EN EL REFRIGERANTE

4. RECURSOS MATERIALES.

CÁMARA TERMOGRÁFICA

4. RECURSOS MATERIALES.

UNIDAD COMPLETA DE ACONDICIONAMIENTO DE AIRE

4. RECURSOS MATERIALES.

EQUIPOS DE CALIBRACIÓN Y MEDIDA

CALIBRACIÓN PRESIÓN Y TEMPERATURA

DETECCIÓN DE GASES

MEDIDA REGIMENES DE GIRO

EQUIPOS ESPECIALES DE MEDIDA

MEDIDA CARGA DE REFRIGERANTE

4. RECURSOS MATERIALES.

MOTOR DE COGENERACIÓN, COLECTOR SOLAR Y CALDERA DE COMBUSTIÓN

5. Curriculum de investigación del grupo.

5.1. Publicaciones internacionales.

1. Experimental evaluation of a vapour compression plant performance using R134a, R407C and R22 as working fluids. Applied Thermal Engineering. 2004 Vol. 24 Num. 13 p 1905 /

2. Considerations about evaporator thermal design in a vapour compression thermal chiller. Experimental analysis with HFC fluids (R134a and R407C). International Journal of EnergyResearch. 2004. Vol.: 28: 1329-1341.

3. Experimental evaluation of the internal heat exchanger influence on a vapour compression plant energy efficiency working with R22, R134a and R407C. Energy. 2005 Vol.30: 621-636.

4. Simplified steady-state modelling of a single stage vapour compression plant. Model development and validation. Applied Thermal Engineering. 2005. Vol.25 1740-1752.

5. Boiling heat transfer coefficient variation for R407C inside horizontal tubes of a refrigerating vapour compression plant shell-and-tube evaporator. Applied Energy 2006. Vol.:83 pp 239–252

6. Infrared Thermography as a Useful Tool to Improve Learning in Heat Transfer Related Subjects. International Journal of Engineering Education. 2006 Vol. 22 nº2 pp 373-380

7. A model-based vapour compression chiller fault detection technique based on adaptative algorithms. Application to on-line refrigerant leakage detection. International Journal ofRefrigeration. 2006 Volume 29, Pages 716-723

8. Analysis of the variation mechanism in the main energetic parameters in a single-stage vapour compression plant Applied Thermal Engineering. 2007 Volume 27, Pages 167-176.

5. Curriculum de investigación del grupo.

5.1. Publicaciones internacionales.

9. Dynamic mathematical model of a shell-and-tube evaporator. Validation with pure and blend refrigerants. International Journal of Energy Research. 2007. Volume 31 pp 232-244.

10. Comparative Life Cycle Assessment of Commonly Used Refrigerants in Commercial Refrigeration Systems. International Journal of Life Cycle Assesmen. 2007. Vol:12 LCA (5) pp 299-307 (2007).

11. A low data requirement model of a variable speed vapour compression refrigeration system based on neural networks. International Journal of Refrigeration.2007. Volumen 30, pp 1452-1459.

12. Experimental analysis of the liquid injection effect in a two-stage refrigeration facility using a compound compressor. HVAC&R Research. 2007. Septiembre 2007 pp.: 819-831.

13. A dynamic model of a shell-and-tube condenser operating in a vapour compression refrigeration plant.Int. Journal Thermal Science. 2008. Volumen 47, pp: 926-934

14. Experimental evaluation of the energy efficiency of a CO2 refrigerating plant working in transcritical conditions Applied Thermal Engineering. 2008. Aceptado 25-10-07 Disponible en red.

15. Experimental evaluation of the inter-stage conditions of a two-stage refrigeration cycle using a compound compressor. International Journal of Refrigeration. Aceptado 07/05/2008.

5. Curriculum de investigación del grupo.

5.2. Proyectos y Contratos de Investigación.

1. Development of an automatic fault detection and diagnosis system for vapour compression refrigeration plants. Energetic optimization and minimization of environmental impacts. 2003 – 2005. (Translated from Spainsh), funded by Fundació Caixa Castelló.

2. Performance characterization of natural refrigerant R744 (CO2) in vapour compression plants. 2004 -2005. (Translated from Spainsh), funded by Generalitat Valenciana.

3. Study of practical energetic improvements in refrigeration installations in commercial refrigeration. 2005 – 2006. (Translated from Spainsh), funded by Generalitat Valenciana.

4. Development and implementation of energetic improvements in a vapour compression plant working with R744 (CO2) in a transcritical cycle.2006 – 2008. (Translated from Spainsh), funded by the Education and Science Ministry.

5. Development of a prototype of a vapour compression plant working with carbon dioxide for commercial refrigeration applications. 2005 – 2008. (Translated from Spanish). Private funding. Supermarkets application.

6. Advising and technical support for the assembly and implement a CO2 prototype. 2007. (Translated from Spanish). Private funding. Refrigerated transport application.

7. Energetic study of Rankine cycles operating with different organic and inorganic fluids, being activated with biogases obtained from industrial processes. 2007 – 2008. (Translated from Spanish). Private funding.

PARA MÁS INFORMACIÓN ACERCA DE NUESTRA ACTIVIDADES Y PRODUCCIÓN CIENTÍFICA CONSULTAR LA PÁGINA WEB:

www.git.uji.es

Direcciones de contacto del grupo:

Enrique Torrella AlcarazTfno: 963877328E-mail: torrella@ter.upv.es

Ramón Cabello LópezTfno: 964728135E-mail: cabello@emc.uji.es