Modelo de una secadora de ropa doméstica de condensación mediante un ciclo de compresión de vapor

Résumé

La tesis que a continuación se presenta surge como una respuesta a la necesidad de reducir el consumo energético de uno de los electrodomésticos que mayor porcentaje representa en el consumo energético residencial, la secadora. Con objeto de mejorar la eficiencia energética, surge la necesidad de una búsqueda de alternativas a las secadoras convencionales de resistencia eléctrica. Una de las alternativas son las secadoras que funcionan con bomba de calor pues, para obtener unas prestaciones similares, el rendimiento energético de una bomba de calor es mucho mayor al de una resistencia eléctrica. Por tanto, en la presente tesis, el objetivo fundamental que se aborda consiste en el modelado, diseño y optimización de una secadora de condensación asistida por una bomba de calor. Se lleva a cabo un modelo global de secadora en el que se utilizan, en el caso del aire, ecuaciones unidimensionales para cada volumen de control definido, donde los procesos de transferencia de calor y de masa con las superficies sólidas se resuelven mediante correlaciones experimentales obtenidas en ensayos de laboratorio. Para el modelado del ciclo de compresión de vapor, se integra en el modelo global el software de simulación IMST-ART, el cual incluye un modelado de alta precisión de cada componente del ciclo de compresión de vapor. Con respecto al modelado del ciclo de aire, se realiza un estudio de los procesos de transmisión de calor por convección en los distintos volúmenes de control de la máquina y se resuelven ecuaciones de balance de energía y de masa para la mezcla vapor/aire en diferentes nodos de cálculo distribuidos a lo largo de la secadora. El problema dinámico de funcionamiento de la secadora resulta en un sistema de ecuaciones diferenciales algebraicas (DAES) que implica al ciclo de aire y de refrigerante. Se lleva a cabo un ajuste y validación con datos experimentales tanto del modelo IMST-ART en condiciones estacionarias, como del modelo global de secadora en condiciones dinámicas. Con objeto de alcanzar un mayor entendimiento de los procesos que tienen lugar en cada unos de los componentes de la secadora, se realiza un análisis energético del sistema donde se presentan los resultados de los balances de masa y de energía en cada uno de los bloques o volúmenes de control en los que se subdivide la máquina. Se realizan distintos estudios de optimización en los que se analiza la sensibilidad del comportamiento de la máquina ante variaciones en los distintos parámetros de diseño. Los resultados permiten desarrollar guías de diseño que optimicen las prestaciones de la máquina como son el tiempo de secado y el consumo energético específicos, es decir, por unidad de masa de ropa seca introducida en el tambor.