Reducción del consumo energético y emisiones de anhídrido carbónico en edificios combinando enfriamiento evaporativo, enfriamiento gratuito y recuperación de energía en sistemas todo aire.

El objetivo de la tesis es estudiar alternativas de acondicionamiento de aire de bajo consumo energético, desarrollando el diseño y construcción de varios de estos sistemas, buscando reducir la demanda energética de climatización de los edificios en verano cumpliendo los requisitos de Calidad de Aire Interior IAQ; para su posterior caracterización experimental a fin de modelar su comportamiento ante las diversas condiciones de funcionamiento esperables. Para ello se constituye un banco de ensayos en el laboratorio que permita la regulación y control de los factores de ensayo considerados en un diseño de experimentos previo. Los resultados se interpretan en función de parámetros de eficiencia que permitan describir su funcionamiento. La relevancia relativa de los factores considerados se evalúa mediante un análisis de varianza ANOVA. Finalmente, se analizan conjuntamente según su aplicabilidad a un caso práctico sencillo de un local, determinándose el ahorro energético y la reducción de emisiones alcanzados.Departamento de Ingeniería Energética y Fluidomecánic

Análisis energético y exergético del comportamiento de paneles evaporativos empleados en sistemas de acondicionamiento de aire

El consumo energético en el sector de la edificación representa un 32 % del consumo total mundial de energía, según la Agencia Internacional de la Energía, lo que supone que este sector sea actualmente el mayor consumidor final de energía. La directiva 2010/31/EU sobre el rendimiento energético de los edificios y la directiva 2012/27/EU sobre eficiencia energética ponen de manifiesto que el 40 % del consumo total de energía en la Unión Europea corresponde a los edificios y que este es un sector que se encuentra en fase de expansión, con una previsión de aumento en su consumo de energía. Debido a esta situación, las últimas directrices que marca la Unión Europea en política energética impulsan el establecimiento de medidas de ahorro y de mejora de la eficiencia energética en los edificios. Una forma de reducir el consumo energético y mejorar la eficiencia de los sistemas de climatización que utilizan condensación por aire es mediante el empleo de técnicas de preenfriamiento, utilizando paneles evaporativos, en la corriente de aire de entrada al condensador. Una reducción de la temperatura de condensación implica un ahorro energético en el sistema de climatización, puesto que esta temperatura determina en gran medida la eficiencia del ciclo termodinámico frigorífico. Una disminución de la temperatura de condensación produce una reducción de la relación de presiones del refrigerante entre las que trabaja el compresor, el principal consumidor de energía de este tipo de instalaciones, lo que se traduce en un aumento de la eficiencia del ciclo y en un ahorro energético en el funcionamiento global del sistema de climatización. El trabajo de investigación desarrollado en esta tesis aborda, en una primera línea de investigación, la modelización de este proceso de preenfriamiento a través del es-tudio experimental del comportamiento térmico y fluidodinámico de un nuevo tipo de panel evaporativo de entramado plástico, fabricado con polietileno de alta densidad. A través del estudio realizado se ha caracterizado el comportamiento de este tipo de panel, cuantificando sus propiedades más relevantes: eficiencia de saturación, pérdida de presión, variaciones de temperatura y humedad del aire a su paso y caudal de agua evaporada. Con una metodología de estudio y ensayos similar a la empleada por otros autores, este trabajo se distingue por investigar un nuevo tipo de panel evaporativo tanto desde un punto de vista energético como también exergético. Los resultados del estudio muestran que este tipo de paneles pueden alcanzar un valor máximo de eficiencia de saturación de 80,5 %, cuando se emplea un espesor de panel de 250 mm y una velocidad de la corriente de aire inferior a 0,5 m s−1. Por otra parte, los paneles producen una caída de presión máxima de 17 Pa en la corriente de aire, cuando el espesor del panel es 250 mm y la velocidad del aire es 1,95 m s−1. Para el resto de condiciones de funcionamiento de los paneles, se han obtenido correlaciones que modelizan la eficiencia de saturación y la pérdida de presión, en función de las variables experimentales: velocidad del aire, espesor del panel y caudal de agua distribuida. El estudio exergético del proceso de preenfriamiento evaporativo ha aportado la definición de una nueva eficiencia exergética que podría utilizarse para dimensionar los paneles y seleccionar la velocidad óptima del aire para su correcto funcionamiento. En una segunda línea de investigación, esta tesis presenta un estudio preliminar de caracterización y evaluación de una técnica de preenfriamiento alternativa al uso de paneles evaporativos, que pretende evitar alguno de sus inconvenientes principales,como son la pérdida de presión que los paneles ocasionan en la corriente de aire y los problemas de mantenimiento originados por el envejecimiento de los mismos. En este estudio se realiza la caracterización de un generador de agua nebulizada mediante ultra-sonidos y la valoración de su utilización como sistema de preenfriamiento evaporativo en sistemas de acondicionamiento de aire. El estudio se desarrolla sobre un prototipo de nebulización ultrasónico, diseñado y construido a tal efecto, y del que ha sido necesario caracterizar experimentalmente su capacidad de producción de agua nebulizada y la distribución de los tamaños de gotas generadas. Se trata de una línea de investigación multidisciplinar de la que no se han encontrado referencias previas en la literatura, que incluye balances energéticos, evaluación del rendimiento térmico, determinación de patrones de flujo fluidodinámico y estudio de las condiciones de generación de agua nebulizada mediante transductores electrónicos de ultrasonidos Para evaluar las características y la capacidad de preenfriamiento del agua nebuli-zada producida por el generador ultrasónico, se ha diseñado y construido un banco de ensayos consistente en el generador de agua nebulizada acoplado a un túnel de viento subsónico. Los ensayos de caracterización del nebulizador ultrasónico muestran que es capaz de proporcionar un rango de caudales de agua nebulizada entre 0,11×10−3 y 0,52×10−3 kg s−1. Además, se ha determinado mediante una técnica fotográfica que la distribución de tamaños de las gotas de agua atomizadas tiene un diámetro medio de Sauter D3,2 = 13,2 µm. Los resultados del estudio de capacidad de preenfrimiento revelan que la eficiencia media del enfriamiento evaporativo (εAEC) y la caída media de temperatura (Tdrop), aumentan cuando se aumenta el caudal de agua atomizada y se reduce el caudal de aire, obteniendo unos valores máximos de εAEC = 65 % y Tdrop = 4,3 °C para una relación de caudales agua/aire de 2,41×10−3 y un caudal de aire de 630 m3 h−1. La máxima eficiencia de saturación (εDEC) registrada es de 83,7 % para una relación agua-aire de 0,35×10−3 y un caudal de aire de 630 m3 h−1. Se ha comprobado que el proceso de preenfriamiento evaporativo no es homogéneo en todo el flujo de aire para muchas condiciones de funcionamiento y, para evaluar específicamente este fenómeno, se ha definido un nuevo indicador de rendimiento de-nominado εLCP (eficiencia local de enfriamiento). Se ha identificado un rango para la relación de caudales agua/aire entre 1,4×10−3 y 2,3×10−3 donde se produce una mejor distribución del agua nebulizada en toda la sección de control y un proceso de enfriamiento evaporativo más homogéneo y efectivo. Como valoración final, se concluye que la generación de agua nebulizada mediante ultrasonidos es una alternativa prometedora a los sistemas convencionales de preenfriamiento que utilizan paneles evaporativos, pero que aún presenta inconvenientes que es necesario abordar con futuros trabajos de investigación.Energy consumption in the building sector accounts for 32 % of total global energy consumption, according to the International Energy Agency, making the building sec-tor currently the world’s largest final energy consumer. Directive 2010/31/EU on the energy performance of buildings and Directive 2012/27/EU on energy efficiency show both that 40 % of total energy consumption in the European Union is accounted for by buildings and that this is a growing sector, with an expected increase in energy consum-ption. Due to this situation, latest European Union energy policy guidelines promote the establishment of energy saving and energy efficiency improvement measures in buildings. A method to reduce energy consumption and improve the efficiency of air co-oled air-conditioning systems is by means of pre-cooling techniques, using evaporative cooling pads in the inlet air flow to the condenser. A reduction of the condensing temperature results in energy savings in the air-conditioning system, as this tempera-ture significantly determines the efficiency of the thermodynamic refrigeration cycle. A decrease in the condensing temperature leads to a reduction in the working pressure ratio of the compressor, the main energy consumer for this type of installation, which results in increased cycle efficiency and energy savings in the overall operation of the air-conditioning system. The research work carried out in this thesis addresses, in a first line of research, the modelling of this pre-cooling process through the experimental study of the thermal and fluid-dynamic behaviour of a new type of plastic mesh evaporative pad, made of high-density polyethylene. The study has characterised the behaviour of this type of pad, measuring its most relevant properties: saturation efficiency, pressure loss, fluctuations in air temperature and humidity, and amount of water evaporated. With a study and testing methodology similar to that employed by other authors, this work is distinguished by investigating a new type of evaporative pad from both an energetic and an exergetic point of view. The results of the study show that this type of pad can achieve a maximum satura-tion efficiency value of 80.5 %, when using a pad thickness of 250 mm and an airflow velocity of less than 0.5 m s−1. On the other hand, the pads produce a maximum pres-sure drop of 17 Pa in the air stream, when the pad thickness is 250 mm and the air velocity is 1.95 m s−1. For the other pad operating conditions, correlations have been obtained that model the saturation efficiency and pressure loss as a function of the experimental variables: air velocity, pad thickness and dispensed water flow rate. The exergy study of the evaporative pre-cooling process has provided the definition of a new exergy efficiency definition that could be used to size the pads and select the optimal air speed for their correct operation. In a second line of research, this thesis presents a preliminary study of the characte-risation and evaluation of an alternative pre-cooling technique to the use of evaporative pads, which aims to avoid some of their main disadvantages, such as the loss of pressu-re that the pads cause in the air flow and the maintenance problems caused by ageing. This study characterises an ultrasonic water mist generator and assesses its use as an evaporative pre-cooling system in air-conditioning systems. The study is carried out on a prototype ultrasonic mist maker, designed and built for this purpose, and it has been necessary to experimentally characterise its water mist production capacity and the distribution of droplet sizes generated. This is a multidisciplinary line of research for which no previous references have been found in the literature, including energy balan-ces, evaluation of thermal performance, determination of fluid dynamic flow patterns and study of water mist generation conditions using electronic ultrasonic transducers. To evaluate the characteristics and pre-cooling capacity of the water mist pro-duced by the ultrasonic generator, a test rig consisting of the water mist generator coupled to a subsonic wind tunnel has been designed and built. Characterisation tests of the ultrasonic nebuliser show that it is capable of delivering water mist flow rates between 0.11×10−3 and 0.52×10−3 kg s−1. Furthermore, it has been determined by a photographic technique that the size distribution of the atomised water droplets has a Sauter mean diameter D3,2 = 13.2 µm. The results of the pre-cooling capacity study reveal that the average evaporative cooling efficiency (εAEC) and the average temperature drop (Tdrop), increase when the atomised water flow rate is increased and the air flow rate is reduced, obtaining ma-ximum values of εAEC = 65 % and Tdrop = 4.3 °C for a water-to-air flow rate ratio of 2.41×10−3 and an air flow rate of 630 m3 h−1. The maximum direct evaporative cooling efficiency (εDEC) recorded is 83.7 % for a water-to-air ratio of 0.35×10−3 and an air flow rate of 630 m3 h−1. It has been found that the evaporative pre-cooling process is not homogeneous throughout the airflow for many operating conditions and, to specifi-cally evaluate this phenomenon, a new performance indicator called εLCP (local cooling performance) has been introduced. A range for the water-to-air flow rate ratio bet-ween 1.4×10−3 and 2.3×10−3 has been identified where there is a better distribution of the water mist throughout the control section and a more homogeneous and effec-tive evaporative cooling process. As a final assessment, it is concluded that ultrasonic water mist generation is a promising alternative to conventional pre-cooling systems using evaporative pads, but still has drawbacks that need to be addressed with future research

Refrigeración solar con desecantes. Análisis de sistemas y simulación con EES

El objetivo del presente documento es analizar los sistemas de refrigeración evaporativos con tecnología desecante. Se ha realizado un resumen del estado del arte de la tecnología y una revisión de las diferentes configuraciones que pueden emplearse. Finalmente, se ha desarrollado una simulación de un sistema en un software especializado con el fin de cuantificar el potencial de esta tecnología como una alternativa a los sistemas de refrigeración convencionales.Universidad de Sevilla. Máster Universitario en Sistemas de Energía Térmic

Estudio y modelado de los parámetros de operación de una torre de enfriamiento para utilizar en una instalación de free-cooling por agua

El presente Trabajo Fin de Grado se centra en la caracterización experimental de un sistema de acondicionamiento de aire de bajo consumo energético por medio de enfriamiento gratuito del agua (Free-Cooling por agua) con un sistema torre de enfriamiento – batería. Con el dispositivo mencionado se permite reducir la energía necesaria para conseguir una adecuación higrotérmica del aire impulsado por los sistemas de condicionamiento. Cuando las condiciones del aire exterior no son suficientemente adecuadas para que tenga lugar el enfriamiento gratuito únicamente por aire, es posible utilizar dicho aire exterior con el objetivo de enfriar una corriente de agua que posteriormente se utilizará para acondicionar el aire. Para la caracterización llevada a cabo se utiliza un prototipo diseñado y construido en el laboratorio de Termotecnia de la Universidad de Valladolid. En vistas a poder desarrollar un estudio completo y preciso se debe disponer de un equipo de adquisición de datos debidamente calibrado. La justificación de utilización de este dispositivo es, además del ahorro de consumo energético, el pre-acondicionamiento del aire de ventilación en vistas a cumplir los requisitos de Calidad de Aire Interior (IAQ).Departamento de Ingeniería Energética y FluidomecánicaGrado en Ingeniería Mecánic

Estudio de Medidas de Ahorro Energético en Rehabilitación Energética de Edificios Terciarios

La energía representa en la actualidad una influencia más que importante que alcanza a todos los sectores de actividad. Es por ello que un consumo eficiente de energía es una necesidad real para cualquier institución, por cuanto su más óptima gestión es sinónimo de beneficio y calidad de vida. Para conseguirlo se hace necesaria una reducción de la demanda energética así como un mejor aprovechamiento de los recursos energéticos, haciendo hincapié en el sector de la edificación, pues su ineficiencia en la actualidad los hace responsables de una tercera parte de la energía usada en el país. Nos encontramos por este motivo con una Europa y una España que abogan por la rehabilitación energética de edificios mediante la legislación aplicable y surgente en los últimos años. Esta renovación energética de los edificios españoles genera una situación ventajosa tanto para el sector público como para el privado ya que, además del objetivo principal de conseguir un apremiante ahorro de la energía, pueden brindar prosperidad a largo plazo. La aplicación de medidas de ahorro energético en edificios existentes, más en concreto del Sector Terciario, resulta por tanto clave, amén de lo anterior, para equilibrar la balanza comercial del país, contribuir a la reducción del cambio climático, mejorar la productividad, crear miles de puestos de trabajo, ya sea de manera directa o indirecta, e incrementar la utilidad y el valor de los edificios. A tal efecto, la Unión Europea ha puesto en marcha un plan de reducción de consumo de energía primaria y del consumo energético final en un 20% para el año 2020. Se trata de un compromiso político de los Estados miembros para mejorar la eficiencia energética, pero ésta no va acorde con las acciones finales, a lo que cabe matizar que de poco sirve poner el foco de atención sobre la mejora de las instalaciones si se obvia la mejora de la concienciación de la ciudadanía.Nowadays, Energy represents an important influence in every activity sectors. It is for this reason that an efficient energy consumption it is a true necessity for any institution, so the optimal manage is a synonym of profit and life quality. To achieve this, it is necessary to make a decrease of the energy demand and a better use of the energetic resources, emphasizing in the edification sector because its inefficiency make them , nowadays, responsible for the third part of the energy used in this country. This is the reason why Europe and Spain support an energetic rehabilitation in the building using legislation in the last few years. This energetic renovation of the buildings generates an advantageously situation for the public and the private sector because, besides of the main goal of achieving a strong energy saving, they could give a long prosperity situation. The application of energetic saving methods in buildings, specifically in the tertiary sector, is the key. Also, to balance the commercial economy in the country , to reduce the global warming contribution, to improve the productivity, to make thousands of direct and indirect jobs and to increase the usefulness and the value of the buildings. It is for this that European Union has started a plan to reduce the primary energy consumption and the final energy consumption in about a 20% before 2020. Improving the energetic efficiency is a commitment for the EU countries but this isn’t going in consonance with the final actions. To clarify, It is useless to set the spotlight in the improvement of the facilities if we ignore the awareness of the citizensUniversidad de Sevilla. Grado en Ingeniería de Tecnologías Industriale

El potencial de la refrigeración evaporativa como estrategia bioclimática pasiva

129 páginasTrabajo fin de Máster dirigido por Jaime López de Asiaín. El objeto de este trabajo: Usar sistemas pasivos añade el parámetro natural, mejorando la calidad de confort y la salubridad. Dentro de los sistemas pasivos de refrigeración, utilizar el agua como medio para conseguir ese confort térmico, pudiendo ser mediante láminas de agua, fuentes en patios, evapotranspiración de las plantas, difusores, bioclimatizadores… Obtener una gama de experiencias y posibilidades de la refrigeración pasiva por agua. Conseguir un ahorro energético y económico del actual gasto en aires acondicionados

Implementación de un nuevo prototipo de torre de enfriamiento para proyectos cogenerados con caudales superiores a los 3000m3/h

Se orienta a realizar los cálculos al diseñar un nuevo prototipo de torres de enfriamiento para su posterior implementación, donde el objetivo general es implementar una torre de enfriamiento para caudales superiores a 3000 m3/h, así mismo entenderemos el proceso para intercambiar calor por medio del enfriamiento de agua. La selección y cálculos de las diferentes fórmulas y equipos fueron realizados con la aplicación de los conocimientos obtenidos en los cursos y sub áreas de ingeniería, así mismo datos y experiencias obtenidas en el campo laboral

Análisis de las tecnologías para disminuir la temperatura del aire en la succión del compresor y su influencia sobre los indicadores energéticos en una planta cogeneradora con turbina a gas (TG) y generador de vapor recuperador de calor (HRSG'S)

Este proyecto realiza un estudio teórico de las diversas tecnologías que existen para disminuir la temperatura del aire en la succión del compresor, estableciendo su influencia sobre los indicadores energéticos en una planta cogeneradora con turbina a gas (TG) y generador de vapor recuperador de calor (HRSG's), especificando criterios termodinámicos, técnicos y argumentos económicos que definen cual tecnología satisface de manera óptima el ahorro de energía. Con el fin de comparar cada sistema, se realizaron investigaciones, en donde se deja en claro cada una de las teorías que rigen cada tecnología y sus ventajas, desventajas, costos y utilidades prácticas de cada una. Así mismo se procedió a realizar una descripción de la localización geográfica y técnica de la empresa tipo en donde se ubicaría la mejor opción. Se utilizó una empresa tipo con el fin de evaluar el comportamiento actual de sus indicadores y como seria la variación a positivo o negativo de lograr reducir la temperatura a la entrada del compresor. Se seleccionó una planta de procesamiento químico, que produce abonos y elementos fertilizantes para la industria agrícola, en la cual se escogieron diferentes días de operaciones típicas, en donde se registraron los datos a manera de muestras, para un total de 60 días y 180 muestras diferentes. Basados en estos datos y en los modelos termodinámicos establecidos se procedió a calcular los índices e indicadores de la planta y del compresor y poder de esta manera realizar una radiografía en la actualidad de la operación. Todo esto se basó en unos modelos económicos y termodinámicos establecidos y acorde con las necesidades del problema y la solución pre establecida. Se realizó toda una investigación referente a lo qué es la cogeneración, sus variaciones y demás factores determinantes para la misma. Se logró realizar una recopilación completa y precisa, con esquemas, teorías físicas, ventajas y desventajas de las formas que existen para lograr un enfriamiento del aire a la entrada del compresor. Se hace una detallada y exacta descripción de cada una de las partes de una Turbina de Gas, tales como el compresor, cámara de combustión, turbina, generadoras de vapor y de sus elementos constitutivos. Y al final se recomienda cual sistema o tecnología elegir y se deja un análisis de las condiciones actuales de operación de la planta.Incluye bibliografía, anexo

Estudio de alternativas para la reducción de consumos en instalaciones de climatización de edificios en el sector terciario

El estudio de alternativas de eficiencia energética se ha convertido en una tarea recurrente por la preocupación de la sociedad en relación al excesivo consumo de recursos energéticos. Este trabajo aborda esta temática y se centra en el análisis de una instalación de climatización real con el objetivo de verificar el correcto funcionamiento de la misma junto con el análisis del ahorro energético garantizado por un intercambiador tierra-aire y los equipos destinados a la refrigeración evaporativa indirecta durante el periodo de verano. Para ello se presenta una descripción de la instalación de climatización. Se describe el proceso de monitorización de la misma junto con el análisis teórico para el tratamiento de las medidas experimentales. Con todo ello, se imponen criterios que permitan evaluar el modo funcionamiento y se obtienen los ahorros energéticos proporcionados por estas alternativas con las que desplazar a otro tipo de soluciones más tradicionales.The study of energy-efficiency alternatives has become one of the most widespread issues due to the current concern of society about the excessive consumption of energy resources. This work embraces this topic and it is focused on the analysis of a real air conditioning installation with the aim of verifying its proper operation. Moreover, an analysis of energy saving will be undertaken, which will be guaranteed by a ground-air exchanger and the equipment intended for indirect evaporative cooling during the summer. In this project, it is presented a description of the air conditioning installation, followed by the explanation of its monitoring process and the theoretical analysis for the treatment for the experimental measures. On the base of the aforementioned, it will be imposed a criteria which will allow evaluating its operating mode and it will be obtained the energy savings provided by these alternatives, which will devaluate the outdated and traditional solutions.Departamento de Ingeniería Energética y FluidomecánicaGrado en Ingeniería Mecánic

Análisis de la viabilidad energética y económica de un recuperador de energía para la climatización de una planta de oficinas

Realizar una comparativa de la climatización de una planta de oficinas con y sin la instalación de un recuperador de energía, así como el estudio de la viabilidad energética y económica de la instalación de dicho dispositivo. Se estudiaran las variaciones de consumo y emisiones de CO2 entre estos dos sistemas estudiados. Para dimensionar el equipo de climatización se ha recurrido al programa de cálculo de cargas DpClima.Departamento de Ingeniería Energética y FluidomecánicaIngeniero Técnico Industrial, Especialidad en Mecánic