Análisis termodinámico y optimización de un ciclo de refrigeración solar en cascada

Abstract

[ES] El presente trabajo consiste en el estudio de viabilidad de un ciclo de refrigeración solar formado por un ciclo de eyección y un ciclo de refrigeración convencional acoplados en cascada para su aplicación en un sistema de aire acondicionado. El ciclo de eyección es capaz de generar una determinada capacidad de refrigeración empleando una fuente de calor residual, en este caso la energía solar térmica. Gracias a este sistema, el ciclo de refrigeración convencional puede operar frente a presiones de condensación menores y por lo tanto se reduce la carga de trabajo del compresor. La recolección de la energía solar térmica se realiza mediante un sistema de colectores solares que se encuentran directamente acoplados al generador del ciclo de eyección. En el trabajo se lleva a cabo el modelado y la optimización del ciclo de refrigeración especial mencionado, basado en el acoplamiento del ciclo de eyección y el ciclo de refrigeración convencional y en la integración del sistema de recolección de energía solar térmica, compuesto por colectores solares de placa plana (CPP), implementado en un circuito con generador. El eyector constituye el elemento clave en el ciclo de eyección para que el sistema sea capaz de operar de forma eficiente. Por este motivo, esta pieza se diseña, se analiza y se optimiza mediante software de cálculo de fluidos computacional. A partir del modelo del ciclo optimizado, se realizan estudios basados en el análisis de la operatividad del mismo en diferentes puntos de funcionamiento y se extraen conclusiones basadas en su viabilidad y su efectividad frente a un sistema de aire acondicionado convencional.

[EN] The present work consists of the feasibility study of a solar refrigeration cycle formed by an ejection cycle and a conventional refrigeration cycle coupled in cascade for their application in an air conditioning system. The ejection cycle is capable of generating a certain cooling capacity using a residual heat source, in this case solar thermal energy. Thanks to this system, the conventional refrigeration cycle can operate against lower condensing pressures and therefore the compressor workload is reduced. The collection of solar thermal energy is carried out by means of a system of solar collectors that are directly coupled to the generator of the ejection cycle. In the work, the modeling and optimization of the aforementioned special refrigeration cycle is carried out, based on the coupling of the ejection cycle and the conventional refrigeration cycle and on the integration of the solar thermal energy collection system, composed of solar flat plate collectors (FPC), implemented in a circuit with generator. The ejector is the key element in the ejection cycle for the system to be able to operate efficiently. For this reason, this piece is designed and analyzed using computational fluid dynamics and is optimized by applying computational techniques. Based on the optimized cycle model, studies are carried out based on the analysis of its operability at different operating points and conclusions are drawn based on its viability and effectiveness compared to a conventional air conditioning system.