Propuesta de una metodología para seleccionar e implementar los equipos y controles para la operación adecuada de una bomba de calor de baja entalpía que aprovecha la energía térmica residual.

Abstract

El presente trabajo tiene como objetivo proponer una metodología para seleccionar e implementar los equipos y controles para la operación adecuada de una bomba de calor de baja entalpía que aprovecha la energía térmica residual proveniente del condensador superior del Evaporador de Simple Efecto del Laboratorio de Operaciones Unitarias en la Universidad del Valle de Guatemala. Para esto, se cuantificó el calor residual proveniente del condensador para dimensionar la bomba de calor que opera en un ciclo de compresión de vapor del refrigerante R-134a en un rango de operación entre 5/55 ˚C. Se seleccionó los equipos y controles para la operación de la bomba de calor dimensionada y se realizó un diagrama de la distribución de estos. También, se construyó un prototipo de una bomba de calor para comprobar que la metodología propuesta fue útil para la construcción de una bomba de calor. La bomba de calor dimensionada se construyó con tubería de polietileno de alta densidad de ¾” (19.05 mm) de diámetro nominal en la tubería externa del evaporador y cobre tipo L de ¼” (6.35 mm) de diámetro nominal en todo el circuito de compresión del refrigerante. Se calculó una bomba de calor que opera con un coeficiente de desempeño de desempeño de calentamiento y enfriamiento de 3.4 y 2,6, respectivamente. La bomba está compuesta por un evaporador de 19 m, con un diámetro de vuelta de 0.4 m y 15 vueltas, un condensador de 15 m, con un diámetro de vuelta de 0.28 m y 16 vueltas, un compresor con una eficiencia del 80% con una potencia de 2.39 kW y una caída de presión de 1143.38 kPa por la válvula de expansión termostática. La bomba de calor tiene la capacidad de entregar 8.11 kW a 32 L de agua para elevar su temperatura de 20 a 50/55 ˚C en 17 min con el propósito de diluir azúcar para los medios fermentativos del Laboratorio de Operaciones Unitarias, y recibe 6.202 kW de la fuente de calor residual proveniente del agua de enfriamiento del condensador superior del evaporador de simple efecto. Además del cálculo de la bomba de calor, se seleccionó los componentes de control y operación los cuales fueron el recibidor de líquido, filtro deshidratador, visor de líquido, válvula solenoide, acumulador de succión y los presostatos de alta y baja presión. La caída de presión total por tuberías y accesorios es 96.00 kPa. Por tanto, se comprueba que la metodología propuesta para la construcción de bombas de calor es funcional, ya que con base a esta se construyó una bomba demostrativa que opera con un coeficiente de desempeño (COP) de calentamiento de 1.91, y un rango de temperatura de 24/48 ˚C, con un compresor de 1/8 de potencia (hp) y puede calentar 14 L de agua de 20 a 43/48 ˚C. (LA)