INSTALACIONES

El grup de recerca ISTENER disposa als seus tallers de diversos bancs de proves flexibles que els permet replicar les condicions reals d’operació de diversos tipus de sistemes de refrigeració, aire condicionat i climatització, i cicle orgànic de Rankine. A més d'aquests equips, també compta amb equips de simulació tèrmica (càrrega i dissipació) per establir les condicions d'operació desitjades.

Laboratori TT2003TL

SISTEMA DE COMPRESSIÓ DE VAPOR

Es disposa d'un banc de proves que simula el comportament d'un sistema de refrigeració basat en un sistema de compressió de vapor de mitja potència que pot cobrir temperatures baixes i intermèdies d’evaporació. Els components principals de l'equip són un compressor alternatiu de tipus obert, el qual és accionat per un motor elèctric de 7.5 kW i està equipat amb un variador de freqüència; per un evaporador de plaques i un evaporador carcassa (refrigerant) -tubs (aigua); i vàlvules d'expansió termostàtiques (R134a i R404A) i electrònica (R134a) en paral·lel. Altres components addicionals són un intercanviador intermedi, filtre deshidratador, separador d'oli, visor de líquid, elements de seguretat com ara pressòstat i vàlvula d'alleujament, i punts de càrrega i descàrrega de refrigerant. Tota la informació necessària per controlar el bon funcionament de l'equip (temperatures, pressions, consum de potència i cabal màssic) és mesurada i traslladada a un equip informàtic mitjançant un sistema d'adquisició de dades, on és monitoritzada i emmagatzemada.

SISTEMA D'APORTACIÓ DE CÀRREGA

L'evaporador està dissenyat per a què el fluid secundari pugui ser una barreja d'aigua-glicol amb punt de congelació per baix de 0 °C. Aquesta mescla s’escalfa a un dipòsit mitjançant una configuració de resistències elèctriques dissenyades per tal de simular la càrrega tèrmica que es pretén refredar. La barreja aigua-glicol es transporta cap al dipòsit a través de la bomba equipada amb un variador de freqüència. Dins el dipòsit i a la part inferior hi ha tres resistències d'immersió de 5.2 kW cadascuna. Una d'aquestes resistències pot ser controlada per mitjà d'un PID. El circuit compta amb un manòmetre per el coneixement de la pressió que es té al tanc, i un vas d'expansió per absorbir l'augment de volum que es produeix quan es varia la temperatura de la mescla. Pel que fa a la instrumentació, atès que es requereix el cabal i temperatures de la mescla, es disposa d'un cabalímetre electromagnètic amb un error màxim de ± 0.33% i dues termoparells de superfície, tipus K, que mesuren la temperatura a l'entrada i la sortida de l'evaporador amb una precisió de ± 0.3 K

SISTEMA DE DISSIPACIÓ DE CÀRREGA

El fluid secundari amb el qual treballa el condensador és aigua, que es refreda a un sistema auxiliar per compensar la calor que absorbeix al pas pel condensador. El sistema auxiliar està format principalment per una refredadora formada per un conjunt de bomba de calor comercial i ventilador tèrmic. La bomba produeix el moviment del fluid pel circuit. El manòmetre indica la pressió a la qual es troba el circuit, que en general es manté al voltant de 0.2 MPa. Després del manòmetre, el circuit de dissipació compta amb un vas d'expansió per seguretat, i després d'ell hi ha el cabalímetre electromagnètic, la mesura del qual es registrat pel sistema d'adquisició de dades, i finalment es troba la refredadora. El cabal volumètric de l'aigua pot ser variat manualment per mitjà d'una vàlvula d'equilibrat. L’amplitud de la variació per a la disminució de la temperatura de l'aigua del ventilador tèrmic s'aconsegueix mitjançant un variador de freqüència que pot ser variat entre 15 i 50 Hz.

DIPÒSIT DE PCM

El dipòsit d'emmagatzematge tèrmic consisteix en un recipient de material polimèric, de dimensions exteriors 3 x 0.75 x 0.75 metres. Al seu interior s'han disposat 192 contenidors de PCM dividits en 16 altures de 12 unitats per altura. La calor latent total dels PCM és un poc més de 50kWh, un valor suficient per a dissipar 6kW tèrmics (els quals es poden tenir a un habitatge unifamiliar o un comerç de mida petita) durant una mica més de 8 hores. Els contenidors de PCM s'han col·locat al centre del tanc amb dos espais de mig metre de longitud a ambdós extrems per a la correcta homogeneïtzació del flux d'aigua. L'aigua s'introdueix i s'extreu del dipòsit mitjançant conductes de PVC en forma de T amb múltiples perforacions per aconseguir una millor barreja de l'aigua.

El PCM què es disposa actualment és el S27 de l'empresa britànica PCM Products LTd. Es tracta d'una sal hidratada comercial amb un punt de fusió de 27 °C. Està encapsulat als contenidors de Polietilè d'Alta Densitat (PEAD) de 500 mm de llarg, 250 mm d'ample i 32 mm d'alt.

 

Laboratori TC1014CP

MÒDUL ORC

Es tracta d'un mòdul ORC comercial que utilitza una configuració regenerativa i la potència nominal del generador és 1.5 kW, de manera que no només s'aprofita l'energia tèrmica de la font de calor, sinó que també s'aprofita el reescalfament del vapor a la sortida de l'expansor per pre-escalfar el líquid pressuritzat abans d'entrar a l'evaporador. El mòdul ORC està dissenyat per utilitzar oli tèrmic com a fluid secundari en el focus calent i aigua en el focus fred. Els fluids de treball que poden ser utilitzats són HFC-245fa i alternatives a aquest, com ara HCFO-1233zd-E i HFO-1336mzz-Z. La tecnologia d'expansió és de tipus volumètrica i els intercanviadors de calor són de plaques soldades. La temperatura màxima d'entrada de l'oli tèrmic és 160 °C i la temperatura màxima d'entrada de l'aigua, 45 °C. Es mesuren la pressió i la temperatura a l'entrada i la sortida dels elements principals i el cabal màssic del fluid de treball mitjançant un cabalímetre màssic de Coriolis. La potència elèctrica generada per l’expansor i la potència elèctrica consumida per la bomba s'obtenen mitjançant dos wattímetres digitals. Finalment, un sistema d'adquisició de dades recull totes les mesures, i posteriorment un ordinador personal les enregistra i monitoritza

CIRCUIT FONT DE CALOR

Està format per un circuit tancat d'oli tèrmic el principal component del qual és la caldera elèctrica de 12 kW. Proporciona la potència tèrmica requerida per la font de calor de la màquina ditérmica i controla la temperatura d'entrada de l'oli tèrmic a la mateixa mitjançant un termòstat. Pel que fa a la bomba, es tracta d'una bomba centrífuga que proporciona el cabal al circuit, fixe per a totes les proves realitzades. Finalment, l'oli tèrmic utilitzat és Pirobloc 300-A, un fluid tèrmic emprat en fase líquida en processos indirectes de transmissió de calor. Es mesura la temperatura a l'entrada i la sortida dels elements principals i el cabal del circuit d'aigua mitjançant un cabalímetre Vortex.

CIRCUIT EMBORNAL DE CALOR

Consisteix en un circuit tancat d'aigua que es pot utilitzar de forma independent de la temperatura ambient per aconseguir les condicions desitjades, gràcies al sistema de vàlvules dels que disposa el circuit, el ventilador tèrmic o la refredadora. El ventilador, que té una superfície d'intercanvi tèrmic de 187 m2, dissipa a l'ambient la potència tèrmica provinent del embornal de calor de la màquina ditérmica, i controla la temperatura d'entrada de l'aigua a la mateixa mitjançant un PID que varia la freqüència de gir de els ventiladors dels ventiladors. En quant a la refredadora, es tracta d'un sistema de refrigeració d'aigua mitjançant un cicle de compressió de vapor amb una capacitat frigorífica de 11.3 kW, que controla la temperatura d'entrada de l'aigua a la màquina ditérmica mitjançant el mateix sistema de regulació de la refredadora. Una bomba centrífuga proporciona el cabal al circuit, que es manté fix per a totes les proves realitzades. Es mesura la temperatura a l'entrada i la sortida dels elements principals i el cabal del circuit d'aigua mitjançant un cabalímetre electromagnètic.

SISTEMA DE COMPRESSIÓ DE VAPOR

Mitjançant aquest sistema es simula un sistema de compressió de vapor de mitja-baixa potència, per a ser utilitzat en sistemes de refrigeració i aire condicionat de temperatura intermèdia d'evaporació. Disposa d'un compressor tipus scroll equipat amb un variador de freqüència, dissenyat per a ser utilitzat amb HFC-134a i alternatives com el HFO-1234yf. Altres elements principals són el condensador i evaporador que utilitzen la tecnologia d'intercanviador de plaques i la vàlvula d'expansió electrònica dissenyada per HFC-134a. Compta amb els elements addicionals que asseguren el bon funcionament de l'equip (filtre, visor, etc.) i elements de seguretat com el pressòstat i la vàlvula d'alleujament. Es mesuren la pressió i la temperatura a l'entrada i la sortida dels elements principals i el cabal màssic del fluid de treball mitjançant un cabalímetre màssic de Coriolis. La potència elèctrica consumida pel compressor s'obté directament del variador de freqüència. Finalment, totes les mesures són recollides mitjançant un sistema d'adquisició de dades, que les porta a un ordinador personal on son enregistrades i monitoritzades.