Desarrollo de un modelo de secadora de ropa doméstica asistido por ciclo de compresión de vapor y posterior validación

Abstract

[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.