Ingeniero Civil Mecánico / El uso de energía es vital para cualquier proceso industrial. Hoy en día se hace necesario utilizar la energía eficientemente. Para esto se requiere optimizar los recursos utilizados en su producción, como disminuir pérdidas e incluso mejorar los procesos que se usan para aquello. En este trabajo se comparan los ciclos de refrigeración por compresión de vapor y de absorción, mediante un análisis energético y exergético para obtener los puntos de mejor desempeño y de menores irreversibilidades en aplicaciones de climatización y refrigeración. Luego de realizar los balances de masa, energía y exergía y seleccionar los fluidos de trabajo, siendo amoniaco para el ciclo por compresión de vapor y una mezcla de amoniaco-agua para el ciclo de absorción, se desarrollan los modelos para los ciclos. Los modelos se necesitan validar reproduciendo los resultados de la literatura. Se encuentra una buena concordancia entre ellos, con errores no mayores al 3%. Para encontrar los parámetros de mejores desempeños de ambos ciclos, se realiza un análisis de sensibilidad del COP y del rendimiento exergético, además de las irreversibilidades que se generan en ambos ciclos. Se encuentra que para el ciclo de refrigeración por compresión de vapor, el aumento de la temperatura del evaporador implica un aumento en el COP del ciclo, una disminución en el rendimiento exergético al igual que en las irreversibilidades del ciclo. Cuando se tiene una menor temperatura del condensador, mejores serán el COP y el rendimiento exergético, mientras que la irreversibilidad será menor. Ahora bien, para el ciclo de refrigeración por absorción, al variar la temperatura del evaporador se encuentra que para aplicaciones de refrigeración (T_e<-10°C), se necesitan temperaturas del generador altas (T_g~140°C), mientras que para aplicaciones de climatización temperaturas bajas del generador (T_g~80°C). Variando la temperatura del condensador, es necesario tener bajas temperaturas para obtener mejores desempeños. De manera similar a la del condensador, la temperatura del absorbedor debe ser baja para que los desempeños del ciclo sean los mejores. Luego de encontrar los parámetros adecuados para obtener los mejores desempeños de los ciclos de refrigeración, la comparación entre ellos, permite inferir tanto para aplicaciones de refrigeración como de climatización, que el ciclo por compresión de vapor tiene mejores resultados para el COP. En cuanto al rendimiento exergético, sólo para temperaturas bajas del generador (T_g<60°C) se obtiene un mejor desempeño sólo en aplicaciones de climatización. De igual forma a lo anterior ocurre con las irreversibilidades.

[ES] En la presente tesis se ha desarrollado un modelo dinámico de simulación de secadoras de ropa asistidas por ciclo de compresión de vapor enfocado a asistir en el desarrollo de producto basado en simulación. Este modelo ha sido creado en Modelica, lenguaje de programación orientado a objetos con una interfaz gráfica con posibilidad de programación por bloques, permitiendo cierta flexibilidad en el modelado de distintos sistemas. El enfoque de modelado ha sido crear un modelo basado en aproximaciones teóricas, en búsqueda de obtener una herramienta de simulación robusta y capaz de predecir el comportamiento de nuevas configuraciones de la secadora de ropa antes de tener información empírica. No obstante, debido a la complejidad del sistema modelado, es preciso llevar a cabo un proceso de ajuste para que la predicción del funcionamiento del sistema sea lo más realista posible. Se ha llevado a cabo una batería de ensayos de caracterización del sistema registrando temperaturas, presiones, humedades relativas, caudal de condensado y consumo de energía eléctrica para tener una base de datos adecuada para el ajuste. Además, también se ha llevado a cabo una caracterización experimental del circuito de aire de la secadora para poder modelar correctamente las fugas e infiltraciones en el mismo. Con estos datos, se han ajustado los parámetros de ajuste necesarios en el modelo, y posteriormente se ha realizado una validación de los resultados de este, comparándolos con un ensayo. También se ha llevado a cabo un análisis de sensibilidad de un parámetro de ajuste, para comprobar la variación en los resultados que produce una incertidumbre del 10% en la determinación de este. Finalmente se ha realizado un caso de estudio en que se añade a la secadora de ropa modelada una resistencia eléctrica. El resultado de este estudio ha demostrado la utilidad de la herramienta desarrollada para predecir el comportamiento del sistema modelado tras realizar modificaciones al mismo. / [CA] En la present tesi s'ha desenvolupat un model dinàmic de simulació d'eixugadores de roba assistides per cicle de compressió de vapor enfocat a donar suport en el desenvolupament de producte basat en simulació. Aquest model ha sigut creat en Modelica, llenguatge de programació orientat a objectes amb una interfície gràfica que possibilita la programació per blocs, permetent certa flexibilitat en el modelatge de diferents sistemes. El model s'ha basat en aproximacions teòriques, tractant d'obtenir una eina de simulació robusta i capaç de predir el comportament de noves configuracions de l'eixugadora de roba abans de tindre informació empírica. No obstant això, degut a la complexitat del sistema modelat, cal dur a terme un procés d'ajust per tal que la predicció del funcionament del sistema siga la més realista possible. S'ha dut a terme una bateria d'assajos de caracterització del sistema registrant temperatures, pressions, humitats relatives, cabal de condensat i consum d'energia elèctrica per tal de tindre una base de dades adequada per a l'ajust. A més, també s'ha caracteritzat experimentalment el circuit d'aire de l'eixugadora amb la finalitat de modelar correctament les fugues i infiltracions. Amb aquestes dades, s'hi han obtingut els valors dels paràmetres d'ajust necessaris en el model i, posteriorment, s'ha realitzat una validació dels resultats d'aquest, comparant-los amb un assaig. També s'ha dut a terme una anàlisi de sensibilitat d'un dels paràmetres d'ajust, per a comprovar la variació en els resultats que produeix una incertesa del 10% en la determinació d'aquest. Finalment s'ha realitzat un cas d'estudi en què s'afegeix una resistència elèctrica a l'eixugadora de roba modelada. El resultat d'aquest estudi ha demostrat la utilitat de l'eina desenvolupada per a predir el comportament del sistema modelat després de realitzar modificacions a aquest. / [EN] In the present thesis a dynamic model of simulation of clothes dryers assisted by vapor compression cycle focused on assisting in the development of simulation-based product has been developed. This model has been created in Modelica, an object-oriented programming language with a graphical interface with the possibility of programming by blocks, allowing some flexibility in the modelling of different systems. The modelling approach has been to create a model based on theoretical approaches, in search of obtaining a robust simulation tool capable of predicting the behaviour of new configurations of the clothes dryer before having empirical information. However, due to the complexity of the modelled system, it is necessary to carry out an adjustment process so that the prediction of the operation of the system is as realistic as possible. A battery of system characterization tests has been carried out recording temperatures, pressures, relative humidity, condensate flow rate and electric power consumption to have a suitable database for the adjustment. In addition, an experimental characterization of the air circuit of the dryer has also been carried out in order to correctly model leaks and infiltrations in it. With these data, the necessary adjustment parameters have been adjusted in the model, and subsequently a validation of the results has been made, comparing them with a trial. A sensitivity analysis of an adjustment parameter has also been carried out to verify the variation in the results that produces an uncertainty of 10% in the determination of this. Finally, a case study was carried out in which an electrical resistance was added to the modelled clothes dryer. The result of this study has demonstrated the utility of the tool developed to predict the behaviour of the modelled system after making modifications to it. / Barceló Ruescas, F. (2019). Desarrollo de un modelo de secadora de ropa doméstica asistido por ciclo de compresión de vapor y posterior validación [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/125707

Las instalaciones de producción de frío por compresión de vapor suponen un alto porcentaje de consumo energético, por lo que es esencial disponer de herramientas para optimizar de su diseño y facilitar su mantenimiento. Para ello se emplean los modelos matemáticos con los cuales poder simular y predecir su comportamiento tanto en régimen estacionario como transitorio, y en particular, el de los intercambiadores de calor que las constituyen. El método de los límites móviles (LM) es particularmente interesante por su grado de exactitud y rapidez de ejecución. Con él se calculan los límites de las zonas de flujo en las que se distribuye el refrigerante aplicando volúmenes de control de límites variables. En la zona bifásica los volúmenes de líquido y vapor saturados están relacionados por la fracción media de huecos (FMH), que con frecuencia se toma como invariante con el tiempo, y solo se considera como variable en los problemas con transitorios severos, en los aparecen o desaparecen zonas en el intercambiador. Por otra parte, de las muchas expresiones existentes en la literatura para la FMH, con frecuencia se usan las correlacionadas con el deslizamiento. En este trabajo se presenta el modelo para los intercambiadores de calor del ciclo de compresión que se han desarrollado con el método LM, incluyéndose también los modelos estacionarios de los equipos de caudal másico, todo ello programado con Matlab. En las ecuaciones del modelo se pueden incorporar diferentes expresiones de la FMH, cuyos resultados se analizan, y comparan, junto con el empleo de diferentes expresiones para el deslizamiento. Se comprueba que los resultados dependen de las características de los transitorios analizados, pudiéndose usar como solución de compromiso la correlación de Zivi. Así mismo, se comprueba que el modelo es más robusto cuando se considera variable la FMH, y que para los transitorios estudiados, es indistinto tomar cualquiera de los métodos existentes para resolver la tempe / Milián Sánchez, V. (2012). Desarrollo de un Modelo Dinámico Reducido de un Sistema de Refrigeración Industrial basado en el Ciclo de Compresión de Vapor [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/35191

La refrigeración es uno de los sectores del conocimiento que más aplicaciones tiene en el mundo. La tecnología de refrigeración más extendida es la de los sistemas por compresión de vapor. A lo largo de la historia estos sistemas han contribuido dos efectos negativos para el medio ambiente: la destrucción de la capa de ozono (que en la actualidad ha sido solucionado) y la emisión de gases de efecto invernadero (GEI) a la atmósfera. Una parte de las emisiones de GEI están relacionadas con los sistemas de refrigeración. Estas emisiones se deben principalmente a dos factores: las fugas de refrigerantes (emisiones directas) y la eficiencia energética de los sistemas (emisiones indirectas). Siendo las emisiones de GEI causantes en gran medida del cambio climático. Muchos de los refrigerantes que han sido usados en sistemas de refrigeración presentan altos valores de potencial de calentamiento atmosférico (PCA) y esto determina que estas sustancias contribuyan en gran medida al calentamiento global. En el caso de la refrigeración comercial el más extendido es el R404A, con un PCA de 3922. En los últimos años la Unión Europea expidió el Reglamento nº 517/2014 el cual establece que las sustancias fluoradas con PCA>150 deben ser reemplazadas en la mayor parte de los sistemas de refrigeración comercial. Es por ello por lo que el presente trabajo analiza y evalúa alternativas de reemplazo para el R404A. Inicialmente se realiza una revisión del estado del sector de la refrigeración comercial, y de los fluidos refrigerantes que han sido usados hasta la actualidad. Como consecuencia, se determina que las alternativas más viables son el R454C y el R455A. Con el fin de analizar los rendimientos teóricos, se simula el comportamiento de los refrigerantes en un ciclo termodinámico de compresión de vapor básico, utilizando el programa REFPROP v.9.1 para el cálculo de las propiedades termofísicas de los refrigerantes. La simulación se realiza bajo varias condiciones de operación y analizando la posibilidad de trabajar con intercambiador intermedio (II). La simulación muestra un decrecimiento tanto de los caudales másicos como de las capacidades frigoríficas de las alternativas con relación al R404A, mientras que los valores del COP son mayores. Por otro lado, la temperatura de descarga se mantiene bajo el límite permitido para los ensayos sin II, pero se incrementa peligrosamente al trabajar con II. Posteriormente, se realiza el análisis experimental en un banco de ensayos. El banco de pruebas está dotado de una serie de instrumentos de medición de temperatura, presión, caudal y consumo eléctrico que son monitorizados y almacenados en un ordenador. De los análisis experimentales, se determina que las alternativas presentan similares capacidades frigoríficas al R404A, pero también incrementa el rendimiento energético con relación a este fluido, por lo que los hace buenos candidatos para reemplazarlo. Así mismo, en ninguna condición al trabajar sin II la temperatura de descarga supera el límite establecido para evitar daños en el compresor. Por otro lado, el R454C y el R455A presentaron ligeros incrementos en la capacidad frigorífica y en la eficiencia energética al trabajar con II. Sin embargo, las temperaturas de descarga se incrementan en gran medida y podrían superar la temperatura límite sobre todo en altas tasas de compresión, por lo que no es recomendable utilizar el II. Debido a que el R454C y el R455A presentan bajos valores de PCA (que les permite cumplir con la normativa nº 517/2014), mayores valores de eficiencia energética que el R404A, y que se adaptan apropiadamente a su sistema, se convierten en buenas alternativas a corto plazo. Como consecuencia, se recomienda la utilización de estos refrigerantes para reducir las emisiones de CO2 equivalentes en sistemas de refrigeración comercial en aquellas aplicaciones que su carga no sobrepase la cantidad máxima permitida para r / La refrigeració és un dels sectors de coneixement que més aplicacions té al món. La tecnologia de refrigeració més estesa són els sistemes de compressió de vapor. Al llarg de la història, aquests sistemes han contribuït mitjançant dos efectes negatius per al medi ambient: l'esgotament de la capa d'ozó (en l'actualitat està sent ja poc a poc solucionat) i l'emissió de gasos d'efecte hivernacle (GEH) a l'atmosfera. Una part de les emissions de GEH estan relacionades amb els sistemes de refrigeració. Aquestes emissions es deuen principalment a dos factors: les fugues de refrigerants (emissions directes) i l'eficiència energètica dels sistemes (emissions indirectes). Per ésser les emissions de GEH les causants en gran mesura del canvi climàtic. Molts dels refrigerants que han estat emprats en sistemes de refrigeració presenten alts valors de potencial d'escalfament atmosfèric (PEA) i això determina que aquestes substàncies contribueixin en gran mesura a l'escalfament global. En el cas de la refrigeració comercial, el més estès és el R404A, amb un PEA de 3922. En els últims anys, la Unió Europea va aprovar el Reglament nº 517/2014, el qual estableix que les substàncies fluorades amb PEA>150 han de ser reemplaçades en la major part dels sistemes de refrigeració comercial. És per això que el present treball analitza i avalua alternatives per reemplaçar al R404A. Inicialment es realitza una revisió de l'estat del sector de la refrigeració comercial, i dels fluids refrigerants que han estat usats fins a l'actualitat. Com a conseqüència es determina que les alternatives més viables són el R454C i el R455A. Per tal d'analitzar els rendiments teòrics se simula el comportament dels refrigerants en un cicle termodinàmic de compressió de vapor bàsic utilitzant el programa REFPROP v.9.1 per al càlcul de les propietats termofísiques dels refrigerants. La simulació es realitza sota diverses condicions d'operació i tenint en compte la possibilitat de treballar amb un intercanviador intermedi (II). La simulació mostra un decreixement tant dels cabals màssics com de les capacitats frigorífiques de les alternatives amb relació al R404A, mentre que els valors del COP resulten majors. D'altra banda, la temperatura de descàrrega es manté sota el límit permès per als assajos sense II, però s'incrementa perillosament quan es treballar amb II. Posteriorment, es realitza l'anàlisi experimental a un banc d'assajos. El banc de proves inclou sensors de mesura de temperatura, pressió, consum i cabals. Dels resultats experimentals es pot determinar que les alternatives de baix PEA presenten similars capacitats frigorífiques al R404A, però addicionalment incrementem el seu rendiments energètic amb relació al HFC. Així mateix, sense II, no supera el límit establert de temperatura de descàrrega a cap condició. Per tant, aquests refrigerants poden ser bons candidats per reemplaçar al R404A en sistemes de refrigeració comercial. D'altra banda, el R454C i el R455A presenten lleugers increments en la capacitat frigorífica i en l'eficiència energètica en treballar amb II. No obstant això, les temperatures de descàrrega s'incrementen en gran mesura i podrien superar la temperatura límit en altes taxes de compressió, de manera que no és recomanable utilitzar el II per evitar danys en el compressor i pels mínims beneficis energètics que aporta. Donat que R454C i el R455A presenten baixos valors de PEA (que els permet complir amb la normativa europea per al control i reducció de gasos fluorats d'efecte hivernacle), majors valors d'eficiència energètica que el R404A i s'adapten apropiadament als seus sistemes, es converteixen en bones alternatives a curt termini. Com a conseqüència, es recomana la utilització d'aquests refrigerants per reduir les emissions de CO2 equivalents dels sistemes de refrigeració comercial en aquelles aplicacions que la seua càrrega no sobrepasse la quantitat / Refrigeration is a sector of knowledge with a relevant number of applications around the world. The most widespread refrigeration technology is the vapor compression system. Throughout history, these systems are having a negative contribution to the environment through two negative effects: the ozone layer depletion (which is being solved today) and the emission of greenhouse gases (GHGs) into the atmosphere. A significant part of GHG emissions are related to the operation of refrigeration systems, mainly due to two factors: the accidental leakage of refrigerants (direct emissions) and the energy used by these systems (indirect emissions). GHG emissions are largely responsible for climate change. Many of the working fluids used in refrigeration systems have high values of global warming potential (GWP) and, therefore, these substances have a significant contribution to the increase of the global mean temperature. In the case of commercial refrigeration, the most commonly fluid is R404A, with a GWP of 3922. In the recent years, HFC refrigerants are being controlled by the European Regulation No. 517/2014, which states that fluorinated gases with GWP above 150 should be replaced in most of the commercial refrigeration applications. Due to this situation, the present study analyzes and evaluates the feasibility of low GWP alternatives to R404A. First, the state of art of the commercial refrigeration sector is reviewed, and the main properties of the refrigerants have been proposed to date are presented. As a result, it is determined that the most viable alternatives are R454C and R455A. The behaviour of the refrigerants in a basic thermodynamic vapour compression cycle is simulated to analyse the theoretical performance, using the REFPROP v.9.1 program to calculate the thermophysical properties of the refrigerants. The simulation is carried out considering several operating conditions and analysing the possibility of working with intermediate heat exchanger (IHX). The simulation shows a decrease in both the mass flow rate and the refrigeration cooling capacity of the alternatives in comparison to R404A, while the COP is always higher for the new mixtures. Besides, the discharge temperature for the tests without IHX is below the limit, but it increases when working with IHX. Then, the experimental analysis is carried out in a refrigeration test bench. The test bench is also equipped with sensors for a continuous measurement and display of the temperature, pressure, flow and electrical consumption in different parts of the circuit. The experimental results show that R454C and R455A have similar cooling capacity to that of R404A, but they also have higher energy performance in comparison to this fluid, and therefore they can be considered good candidates to replace it. Likewise, when the IHX is not used, the discharge temperature never exceeds the established safety limit. On the other hand, R454C and R455A showed a slight increase in cooling capacity and energy performance when working with IHX. However, the discharge temperature increases greatly and could exceed the limit temperature, especially at high compression rates, so it is not advisable to use the IHX. Because R454C and R455A have low GWP values (which allows them to comply with European Regulations for the control and reduction of fluorinated greenhouse gases), higher values of energy performance than R404A, and they can be adapted appropriately to its system, they become good alternatives in the short term. Therefore, the use of these refrigerants is recommended to reduce CO2 equivalent emissions in commercial refrigeration systems in applications which refrigerant charge does not exceed the maximum allowed for slightly flammable refrigerants. / Haro Ortuño, JR. (2018). ESTUDIO DE FLUIDOS FLUORADOS DE BAJO POTENCIAL DE CALENTAMIENTO ATMOSFÉRICO PARA APLICACIONES DE BAJA TEMPERATURA EN REFRIGERACIÓN COMERCIAL [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/114826