Resumen
La tecnología de bombas de calor se ha vuelto estratégica en Europa, está extendiéndose rápidamente y se planea que reemplace las calderas de gas en un futuro cercano. Sin embargo, aún enfrenta desafíos, como encontrar refrige-rantes nuevos viables y altamente eficientes, y mejorar aún más el rendimiento del sistema. Para abordar este último problema, han surgido las bombas de calor de velocidad variable que prometen reducir el consumo anual e incremen-tar el confort adaptando la potencia suministrada a las necesidades cambiantes. Esta tecnología se está implementando ya, pero carece de una metodología estandarizada para diseñar y seleccionar sus componentes.
Esta tesis tiene como objetivo establecer pautas de diseño generales para la selección y diseño de componentes de bombas de calor de velocidad variable, y ofrecer información valiosa que se pueda traducir en herramientas para asistir en la simulación, diseño, selección y detección de fallas en estos dispositivos. El contenido del estudio se puede dividir en tres áreas temáticas:
En una primera parte, se estudian los compresores de velocidad variable. El compresor es el primer componente que se selecciona en una bomba de calor, modula la capacidad y es el principal consumidor de energía. Sin embargo, no existen metodologías bien establecidas para modelar su comportamiento. En esta parte, se realizan ensayos de caracterización de compresores de velocidad variable y sus inversores para comprender su comportamiento y proporcionar correlaciones compactas para modelar su rendimiento.
En la segunda parte, se propone una metodología para dimensionar los intercambiadores de calor en bombas de calor de velocidad variable. Nor-malmente, se diseñan para una potencia fija y temperaturas de trabajo constan-tes, sin embargo, en las bombas de velocidad variable, la capacidad y las tempe-raturas de trabajo fluctúan significativamente con el tiempo. En esta parte, se estudia la evolución del rendimiento de los intercambiadores de calor con la capacidad (velocidad del compresor) y se propone una metodología de selec-ción/dimensionamiento que considera la evolución de la capacidad requerida y de las condiciones climáticas externas a lo largo del año.
Por último, se evalúa la circulación del aceite en las bombas de calor de velocidad variable. Gestionar la lubricación en los compresores de velocidad variable es un problema típico ya que, para tener suficiente lubricación a bajas velocidades, el compresor termina bombeando un exceso de aceite a altas velo-cidades. En esta parte se estudia la evolución de las tasas de circulación de acei-te con la velocidad y se analiza teóricamente su efecto en el rendimiento de la bomba de calor.
Palabras clave
Heat Pump; Variable Speed; Inverter; Velocidad Variable; Variable Capacity; Model; Performance Characterization; Compressor; Bomba de calor ; Equipos de refrigeración; Compresor scroll; Consumo de energía ; Caudal másico; Temperatura de descarga; Modelos empíricos; Polinomios AHRI ; Matriz experimental; Ensayos experimentales; Diseños óptimos ; Modelización ; Heat Exchanger Design; Diseño de Intercambiadores; Diseño; Scroll compressor; Energy consumption; Mass flow rate; Discharge Temperature; Electromechanical Efficiency; Volumetric Efficiency; Isentropic Efficiency; Eficiencia Electromecánica; Eficiencia Volumétrica; Eficiencia isentrópica; Empirical model; AHRI polynomials; Design of Experiments ; Experimental matrix ; Experimental tests; Optimal Designs; Modeling ;Simulation; Lubricant; Oil; Aceite; Heat Transfer Coefficient; Solubility; Solubilidad; Dimensionamiento; Sizing;Condenser; Evaporator; Condensador; Evaporador; Efficiency; Eficiencia
