Testing and modeling a reverse Brayton cryocooler using air as working fluid designed with automotive-related devices.

Abstract

[ES] Se desarrollan en este trabajo el proceso de testeo y modelado de un turbogrupo de automoción para su uso en un ciclo Brayton inverso de refrigeración, su implementación en el ciclo junto a una campaña experimental con su posterior análisis y el desarrollo de un modelo validado con los resultados obtenidos. El ciclo se compone de intercambiadores de calor aire-agua provenientes de la industria automotriz, así como compresores eléctricos del tipo supercharger para proporcionar potencia al fluido de trabajo. Se trata de un ciclo que se ha probado capaz de alcanzar temperaturas de hasta 115K utilizando aire como fluido de trabajo únicamente con aporte eléctrico, lo que supone una ventaja frente a legislaciones sobre fluidos típicos usados en refrigeración. Se evalúan los aspectos que aportan valor a la propuesta y el análisis de resultados gracias a la elevada sensorización de la instalación, así como al desarrollo del gemelo digital proporcionan información sobre aspectos clave para mejorar la eficiencia del sistema.

[EN] In this work, three primary purposes are developed: the testing and modeling process of an automotive turbocharger for its use in an inverse Brayton refrigeration cycle. Secondly, the implementation of the turbocharger in the cycle doing an experimental campaign with its subsequent analysis. Finally, a model is developed and validated with the obtained results. The cycle is made up of air-water heat exchangers from the automotive industry, as well as supercharger-type electric compressors to provide power to the working fluid. This cycle has reached temperatures up to 115K using air as the working fluid only with an electrical input, which is an advantage over legislation on typical fluids used in refrigeration. The aspects that add value to the proposal are evaluated. The analysis of results, thanks to the high sensorization of the installation and the development of the digital twin, provides information on critical aspects to improve the efficiency of the system.