Análisis del funcionamiento de eyectores en sistemas de refrigeración

Abstract

[ES] El modelo de desarrollo implementado en el mundo durante los últimos 200 años ha generado uno de los mayores problemas para el ser humano y el resto de seres vivos en el planeta, el calentamiento global. En la búsqueda de resarcir el daño causado, diversos gobiernos y organizaciones han planteado ambiciosos objetivos con el fin de reducir los niveles de emisiones de CO2, como el Pacto Verde Europeo o el Plan Nacional Integrado de Energía y Clima 2021-2030 español.

Bajo este contexto, se desarrolla el presente trabajo, el cual se encuentra enmarcado en el proyecto eJercer, perteneciente al programa FEDER-Interconecta del CDTI, mediante el cual se busca implementar eyectores a los sistemas de refrigeración para incrementar su eficiencia energética respecto a los sistemas tradicionales al mismo tiempo que se promueve el uso de refrigerantes naturales, reduciendo así las emisiones de CO2 y su consecuente impacto ambiental.

En este trabajo, se desarrolla en primera instancia un modelo teórico para evaluar el potencial de mejora que tienen los ciclos frigoríficos de compresión de vapor simple y auto cascada para su uso en aplicaciones de baja y ultra baja temperatura, esto mediante la implementación de un eyector en sus circuitos. Estos modelos permiten trabajar con diferentes parámetros de funcionamiento, siendo de especial importancia la eficiencia del eyector y la mezcla de refrigerante evaluada. Con los resultados obtenidos se realiza el diseño y construcción de los prototipos de los equipos con eyector incorporado. Posteriormente se realizan una serie de campañas experimentales, siguiendo las normativas vigentes, para caracterizar los equipos frigoríficos con y sin eyector, y así evaluar las mejoras reales que supone la implementación de dichos dispositivos.

Este trabajo concluye primeramente que existe un potencial de mejora para los circuitos de refrigeración mediante el uso de eyectores, principalmente para aquellos de ultra baja temperatura. Sin embargo, el proceso de diseño, construcción e implementación del eyector en los prototipos construidos es de suma importancia para conseguir las mejoras obtenidas en los modelos teóricos. Por otro lado, el uso de refrigerantes naturales es viable para los ciclos propuestos, sin embargo, otras mezclas o refrigerantes alternativos pueden ser estudiados para mejorar el desempeño de los ciclos.

[EN] The development model implemented in the world during the last 200 years has generated one of the biggest problems for humans and other living beings on the planet, the global warming. In the search to compensate for the damage caused, various governments and organizations have set ambitious goals in order to reduce the levels of CO2 emissions, such as the European Green Deal or the Spain's National Energy & Climate Plan 2021-2030.

The present Master Thesis is developed under this context, which is framed in the eJercer project, belonging to the ¿FEDER-Innterconecta¿ program of the CDTI. This looks for the implementations of ejectors in refrigeration systems to increase their energy efficiency in comparison with traditional systems, at the same time environmental impact is reduced by the use of natural refrigerants.

Firstly, a theoretical model is developed to evaluate the improvement potential of simple vapor compression and auto cascade refrigeration cycles used in low and ultra-low temperature applications, through the implementation of an ejector. These models allow working with different operating parameters, being of special importance the ejector¿s efficiency and the refrigerant mixture. With the results obtained, the design and construction of the prototypes with a built-in ejector is carried out. Subsequently, a series of experimental campaigns are carried out following the actual regulations in order to characterize the refrigeration equipment with and without an ejector with the purpose of evaluating the real improvements that the implementation of said devices implies. This work concludes foremost that there is a potential for improvement for cooling circuits through the use of ejectors, mainly for those with ultra-low temperature, however, the process of design, construction and implementation of the ejector has a great importance in order to obtain the improvements predicted by the theoretical models. On the other hand, it is concluded that the use of natural refrigerants is viable for the cycles developed, however, other mixtures or alternative refrigerants can be studied to improve the performance of refrigeration cycles.