Modelo teórico y validación experimental de una bomba de calor de expansión directa con asistencia solar: eficiencia energética: aplicación a calefacción y ACS

摘要

Las bombas de calor son máquinas que transportan el calor desde un ambiente exteriorfrío, hasta otro interior caliente. Absorben calor del aire, pero no aprovechan laradiación solar. Esta tesis propone una bomba de calor que capta la radiación a través decolectores solares, aumentando la eficiencia energética del sistema. Para conocer elcomportamiento de esta máquina en diferentes condiciones exteriores, se hadesarrollado un modelo teórico y se ha validado experimentalmente.En el capítulo 1 se introduce la tesis con sus objetivos, y se justifica el equipo ensayadodesde la sostenibilidad, la escasez de recursos y la eficiencia. Se muestra un análisis delconsumo y la demanda de las fuentes de energía en la UE, del consumo por sectores,principalmente el residencial y, de forma más concreta, del consumo de calefacción ydel ACS en la Comunidad de Madrid y en España.En el capítulo 2 se hace una introducción a la tecnología actual de bombas de calor, y semuestran diferentes configuraciones con esta tecnología que se realizan con el objetivode mejorar su eficiencia. Finalmente, se revisan las publicaciones relacionadas con lamáquina que en esta tesis se estudia.En el capítulo 3 se propone un modelo teórico que determina las características defuncionamiento de una DXSAHP. A partir de la temperatura exterior, del viento y de laradiación solar, y haciendo un balance de energía con los mecanismos de transferenciade calor en el campo de colectores, se obtiene la ecuación en forma diferencial con laque se determinará el calor que absorberá la máquina para ser transportado y finalmenteconsumido. Para conocer el calor transportado entre los colectores y el sistema deconsumo, se emplean las ecuaciones del ciclo de compresión mecánica de refrigeración.No todo el calor que captan los colectores-evaporadores es absorbido por el refrigerante del circuito frigorífico; se aplica por ello un rendimiento que tiene en cuenta sólo lasuperficie del colector en la que la transferencia de calor es relevante.En el capítulo 4 se valida experimentalmente el modelo teórico que determina losparámetros de funcionamiento de una DXSAHP aplicada a calefacción. Previamente, sedescribe el proceso seguido desde el montaje del primer prototipo, su estudioexperimental, las propuestas de mejora y las modificaciones realizadas, hasta que elequipo funciona de acuerdo con las especificaciones de diseño.En el capítulo 5 se estudia el comportamiento del sistema cuando trabaja aplicado aACS. Se analizan experimentalmente los parámetros de operación, se determinan loslímites mecánicos de funcionamiento y se valida el modelo teórico con los resultadosexperimentales. --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------