Desarrollo de un sistema de refrigeración doméstica compacto y de bajo consumo energético

摘要

En este trabajo se presenta el estudio que conduce al diseño y construcción de un refrigerador domestico de bajo consumo energético. El análisis comprende el cálculo de la carga térmica teniendo en cuenta una capacidad de 7 pies cúbicos y que no incluirá congelador. En consecuencia, las temperaturas en la cavidad oscilaran los 3 °C. Se realizó un estudio numérico empleando el software ANSYS Fluent para conocer la factibilidad del diseño propuesto, con base a los cálculos efectuados y la distribución de los componentes del sistema de refrigeración de forma compacta en la parte superior del gabinete. La cantidad de energía a remover en el interior del refrigerador es de aproximadamente 45 W. Se realizó la construcción y caracterización de dos intercambiadores de calor, evaporador de placa fría y condensador de placa caliente, ambos trabajando en convección natural. Los dispositivos caracterizados forman parte de un refrigerador domestico de bajo consumo energético y bajo costo. Se evaluaron a diferentes condiciones de temperatura ambiental y diferente temperatura promedio de fluido de refrigerante, este último, circulando en fase líquida a través del intercambiador. Los resultados obtenidos muestran una remoción de calor que va desde 20 W hasta 160 W, dependiendo de las condiciones de flujo y temperatura ambiental. El sistema de enfriamiento del prototipo armado, que emplea los intercambiadores de calor diseñados y probados, incluye un compresor empleado típicamente en dispositivos enfriadores de líquidos de 52 W de potencia. Para evaluar el sistema de refrigeración se utilizó como medio de expansión del refrigerante una válvula electrónica, la cual permite probar distintas presiones en el evaporador. Se realizaron pruebas experimentales en el prototipo final. En estas pruebas se obtuvieron resultados favorables con la adecuada carga de gas refrigerante (60 g) y una apertura de la válvula de expansión entre 10 y 20 %, obteniendo temperaturas en la cavidad refrigerada alrededor de los 11.5 °C. En trabajos futuros se planea obtener temperaturas en el evaporador inferiores a los 5 °C, incrementando la carga de refrigerante en el sistema y eligiendo adecuadamente la presión en el evaporador.