Lectura de Tesi Doctoral de Giorgios Papakokkinos

Avís de lectura de tesi doctoral

Autor/a: PAPAKOKKINOS, GIORGOS
Títol: Computational modeling ofadsorption packed bed reactorsand solar-driven adsorptioncooling systems
Programa: ENGINYERIA TÈRMICA
Departament: Departament de Màquines i Motors Tèrmics (MMT)
Data de lectura: 03/05/2021
Hora de lectura: 11:00
Lloc de lectura: ETSEIAAT- Defensa per videoconferència per COVID 19: meet.google.com/mrv-xpst-gid
Director/a de tesi: CASTRO GONZALEZ, JESUS | OLIVA LLENA, ASENSIO
Tribunal:
PRESIDENT: FERNÁNDEZ SEARA, JOSÉ
SECRETARI: PEREZ SEGARRA, CARLOS DAVID
VOCAL NO PRESENCIAL: PRIETO GONZÁLEZ, MARIA MANUELA

Resum de tesi: La preocupació mediambiental sobre el canvi climàtic i l'esgotament d'ozó exigeix un canvi de paradigma en la producció de fred. La demanda de refredament mostra una tendència alarmant creixent, així és imperatiu satisfer-la de forma sostenible. Els sistemes de refredament per adsorció (ACS) són un candidat per a un futur sostenible de la producció de fred, ja que poden utilitzar energia solar o calor residual, emprant substàncies amb zero potencial d'esgotament d'ozó i d'escalfament global. L'objectiu d'aquesta tesi és contribuir a la investigació i millora dels ACS, mitjançant el desenvolupament de dos models computacionals - que aborden els ACS des de diferents perspectives - i la seva utilització per a la realització d'estudis numèrics.La primera línia d'investigació se centra en el disseny del reactor d'adsorció, el component més important dels ACS. La seva configuració geomètrica és determinant pel rendiment de sistema. El seu disseny és una tasca crucial, ja que crea una dicotomia entre la potència específica de refrigeració (SCP) i el coeficient de rendiment (COP). Les optimitzacions individuals basades en el SCP i el COP resultarien a configuracions geomètriques completament oposades. S'ha desenvolupat un model computacional per a la simulació de reactors d'adsorció tipus ¿packed bed¿, capaç de simular reactors de qualsevol geometria. S'adopta una estratègia multi-timestep, que permet una dràstica reducció del cost computacional de les simulacions. La fiabilitat del model es va avaluar a través de processos de verificació i validació. Dins d'aquesta línia de recerca es van realitzar dos estudis principals. El primer aspira a proporcionar una comparació entre cinc geometries de reactors, motivat per la falta de comparabilitat entre diferents estudis en la literatura. Es simulen tretze casos de cada geometria, variant el gruix de les aletes, la seva longitud i la fracció de volum de sòlid. El segon estudi presenta la investigació d'una geometria sub-explorada previament, el reactor d'adsorció de honeycomb hexagonal. Es realitza un estudi paramètric pel que fa a les tres dimensions que defineixen la geometria, així com per a diverses condicions de funcionament.La segona línia de recerca es dedica a la investigació dels ACS. i en particular, a la seva integració dins d'un sistema tèrmic més ampli, un edifici refredat per energia solar. Aquesta integració no és senzilla a causa de la inèrcia tèrmica i a el funcionament cíclic inherent dels ACS, així com a la dependència d'una font intermitent i d'un sistema auxiliar, amb l'objectiu de prioritzar l'energia solar. S'ha desenvolupat un model numèric utilitzant models 1-d pels reactors i models 0-d per l'evaporador i el condensador. El model es va validar amb resultats experimentals trobats en la literatura. El model es va acoblar amb l'eina d'optimització genèrica GenOpt, permetent així estudis d'optimització. El model ACS es va acoblar amb models de col·lectors solars, emmagatzematge tèrmic i amb un model d'edifici. Aquest últim va ser desenvolupat prèviament al CTTC. Aquest acoblament resulta a una eina de simulació integral per a edificis refredats per energia solar utilitzant adsorció. Es considera un cas d'estudi per a una oficina refredada per energia solar, amb l'objectiu d'investigar el potencial de satisfer la seva demanda de fred utilitzant energia solar. Es proposa una estratègia de control basada en la duració variable del cicle, utilitzant valors optimitzats per a les condicions instantànies. La durada variable d'el cicle permet satisfer la demanda utilitzant una quantitat significativament menor de col·lectors solars o un menor aportació d'energia auxiliar. Les emissions de CO2 evitades es calculen entre 28.1-90.7% respecte a quatre escenaris de sistemes elèctrics de diferent rendiment i intensitat d'emissions de carboni.