Lectura Tesi Doctoral de Joan Farnós Baulenas

Avís lectura tesi doctoral

Doctorand: JOAN FARNÓS BAULENAS
Títol: Development of a prototype demonstration of a direct air-cooled LiBr-H2O absorption cooling machine
Directors: Jesús Castro González - Asensio Oliva Llena
Departament: Màquines i Motors Tèrmics
Lloc: Sala de Conferències del TR1 - Campus TERRASSA
Data: 24 de juliol de 2019 - Hora: 8:30

RESUM:

L’objectiu principal d’aquesta tesi és el desenvolupament d'una màquina d'absorció de LiBr-H2O de simple efecte directament refrigerada per aire i destinada a aplicacions de petita potència tals com ús residencial, indústria agroalimentària, piscifactories, cellers, etc. El cicle de simple efecte està dissenyat per integrar-se amb collectors solars tèrmics de baixa temperatura o en sistemes on és posible fer una valorització de calor residual. No obstant, enfocar-se en l’estudi i desenvolupament de sistemes de petita potència (5-15kW) implica reptes de disseny addicionals, sobretot en sistemes refrigerats per aire on no es fa ús de torres de refrigeració, havent d’estudiar la operativa de la màquina sota diferents condicions de contorn, la distribució òptima dels equips tèrmics estàndards i el desenvolupament de solucions adhoc competitives a nivell de fabricació i costos. 
El treball desenvolupat a la tesi s’ha desenvolupat de manera metòdica en les següents línies: i) Simulació numèrica estacionària orientada al disseny del cicle i dels components (evaporador: tipus submergit, absorbidor: tipus aleta-tub, generador: tipus espiral, condensador: tipus aleta-tub, bescanviador de solució: tipus plaques), ii) Desenvolupament d'una eina de modelització numèrica transitòria per avaluar el rendiment global del cicle d'absorció LiBr-H20 de simple efecte basada en correlacions semi-empíriques, iii) Estudi d’estratègies de control internes de la màquina d'absorció per evitar l’aparició de fenòmens com la cristallització o la congelació, i estratègies de control externes (operació de la màquina d’absorció a càrrega parcial) fent ús de models transitoris (estudi en un entorn virtual), iv) Desenvolupament d’una màquina d’absorció de LiBr-H20 de simple efecte de petita potència, refrigerada directament per aire assolint un TRL6, i construcció i posada en marxa del prototip mitjançant solucions directament replicables a la indústria. 
Aquest treball s’ha estructurat en 5 capítols. El primer capítol és una introducció als sistemes alternatius al de compressió de vapor, fent especial èmfasi en la tecnologia d’absorció (màquines tèrmiques). A la vegada, en aquest capítol es presenta un anàlisi exhaustiu de l’estat de l’art i de les proteccions a nivell IPR que condicionen el disseny de la màquina. 
Al segon capítol es detallen els models de simulació numèrica utilitzats i implementats per al disseny i optimització de màquines d’absorció. La modelització es divideix bàsicament en 3 seccions, depenent del nivell de detall: i) Model termodinàmic, ii) Ús de models detallats de transferència de calor i de massa, iii) Model transitori basat en correlacions semi-empíriques.
Al tercer capítol s’enfoca la estratègia de control i funcionament de la màquina d'absorció refrigerada per aire. L’abast d’aquest capítol és donar una visió general de l’estat de l’art en quant a estratègies de control, identificant diferents condicions d’operació de la màquina i detectant les limitacions que condicionen el subministrament necessari per a cobrir la demanda de fred, evitant situacions problemàtiques tals com la cristallització o congelació. L’estudi de comportament de la màquina es fa conjuntament amb un sistema complert de fred solar, comprenent el sistema de captació solar, dipòsits d’emmagatzematge, bombes, etc.
Al quart capítol es fa una descripció detallada del procés de muntatge i testeig d'un prototip demostratiu de LiBr-H2O directament refrigerat per aire. En aquesta secció de la tesi es descriu la configuració experimental dels components de la màquina, del banc d’assaig i de metodologies desenvolupades per assolir l’objectiu tècnic. 
Finalment, en el capítol de conclusions es presenta un resum de tots els resultats reportats als capítols anteriors. A la vegada també s’identifiquen les accions futures a nivell científic i tecnològic, identificant els següents passos i aportant línies de treball que es consideren estratègiques.