Análisis y cálculo de sistemas de producción de ACS y calefacción con bomba de calor de CO2

Ruiz Ara, Sergio
Lozano Serrano, Miguel Ángel (dir.)

Universidad de Zaragoza, EINA, 2015
Departamento de Ingeniería Mecánica, Área de Máquinas y Motores Térmicos

Ingeniero Industrial

Resumen: Este proyecto valora el uso del dióxido de carbono, comúnmente llamado R744 en la industria de la refrigeración y del aire acondicionado, en el campo de las bombas de calor transcríticas, presentando el desarrollo de dos modelos numéricos: un sistema para calentamiento de ACS y un sistema para producción conjunta de ACS y calefacción. El documento comienza con una revisión histórica del CO2 como refrigerante, así como de los fundamentos del ciclo transcrítico del dióxido de carbono y un análisis de sus componentes. Seguidamente se realiza el modelo matemático para la producción de ACS, modelo en el que se va a centrar la mayor parte de la memoria. Este modelo se desarrolla a través del software Engineering Equation Solver (EES), ya que combina sus librerías de propiedades termofísicas con el uso de correlaciones específicas capaces de describir los procesos de transferencia de calor que experimenta el dióxido de carbono a lo largo del ciclo. El sistema consta de la bomba de calor donde la fuente de calor va a ser agua proveniente de la red y de un tanque de almacenamiento, con la finalidad de ceder calor al agua que también proviene de la red en los picos altos de demanda para producir ACS o acumular calor cuando la demanda es baja. Además, también se va a disponer de energía auxiliar para estos picos altos de demanda. El modelo físico se construye paso a paso: se desarrolla el ciclo termodinámico para después unirlo con el modelo de cada componente de la bomba de calor. Una vez obtenido, se añade un modelo económico donde se realiza un análisis de la geometría de los intercambiadores de calor así como de la optimización del diseño con el mínimo coste de producción. Tras ello se acopla el modelo de un tanque de almacenamiento estratificado determinando su volumen y se realiza un análisis del número de viviendas que la bomba de calor puede llegar a servir, cubriendo un 80% de la demanda. Con el modelo definitivo se estudia un caso en concreto: se utiliza la temperatura ambiente de Zaragoza y se realiza el cálculo del promedio de cada mes del año para ver los resultados. Por último se realiza una introducción al sistema de producción conjunta de ACS y calefacción, ya que algún componente se comporta de manera diferente al caso anterior y se desarrolla el modelo matemático, también mediante el programa EES. Este sistema va a ser una herramienta para poder trabajarlo con más detalle, por lo que solo va a incluir el ciclo termodinámico, los componentes y un estudio para mejorar la geometría del modelo.

Tipo de Trabajo Académico: Proyecto Fin de Carrera