Fluidos refrigerantes: análisis de la situación actual

El presente Trabajo Fin de Grado tiene dos objetivos. Por un lado, se va a describir con detalla la problemática actual que afecta a los fluidos refrigerantes usados hoy en día. Por otro, se van a analizar los límites impuestos por el Reglamento de Seguridad de las Instalaciones Frigoríficas, en adelante RSIF, a los refrigerantes tradicionales y alternativos. Además, como en el mes de abril de 2018 se hizo público el proyecto de real decreto que pretende aprobar un nuevo RSIF a finales de dicho año, se van a comparar estos resultados con los que se obtendrían de aplicar el nuevo Reglamento. Este trabajo se justificada dada la importancia incuestionable de la tecnología frigorífica en la sociedad. Esta rama de la ingeniería se divide en tres campos de aplicación principales: la refrigeración, la climatización y las bombas de calor. A su vez, cada uno de estos campos tienen sus propias ramificaciones siendo los objetivos clásicos la conservación de alimentos, el confort humano y la refrigeración de procesos industriales. Los refrigerantes son el elemento indispensable de estos sistemas.Universidad de Sevilla. Grado en Ingeniería de las Tecnologías Industriale

Fluidos Refrigerantes: Análisis de la Normativa Internacional

La importancia de la tecnología frigorífica es incuestionable. Sus principales campos de actuación son la refrigeración y la climatización. En el caso de la refrigeración, es crucial, por ejemplo, para mantener la cadena de frío de los alimentos perecederos o para preservar los medicamentos. Por su parte, la climatización es esencial en el día a día para mantener la temperatura, así como otras variables de los locales, dentro de unos límites confortables. El actor principal de la tecnología frigorífica son los refrigerantes. En mi Trabajo Fin de Grado (P.E. Rodríguez, 2018) describí la problemática medioambiental que afecta a estos fluidos y analicé la viabilidad de las alternativas menos contaminantes desde el punto de vista del Reglamento de Seguridad de las Instalaciones Frigoríficas de 2011, de aplicación en España. Este Trabajo Fin de Máster es una continuación natural de ese trabajo. Por un lado, se amplia y contextualiza la problemática medioambiental con la descripción de la Enmienda de Kigali, que entró en vigor en 2019, y con los Reglamentos de diferentes países para hacer cumplir los objetivos de esta Enmienda al Protocolo de Montreal. Se han analizado las políticas en materia de control de los gases fluorados de los siguientes países: - Unión Europea, - Estados Unidos, - Canadá, - Japón, - Australia, - China. Por otro lado, se ha analizado las posibilidades que las tres principales normas de seguridad para instalaciones frigoríficas, el ASHRAE 15 para Estados Unidos, la norma EN 368:2016 en Europa y la ISO 5149:2014, permiten a los llamados refrigerantes alternativos. Este estudio se ha hecho para los principales sectores de la tecnología frigorífica, considerando para cada uno los sistemas y equipos más utilizados: - refrigeración doméstica, - refrigeración comercial, - refrigeración industrial, - refrigeración de cámaras frigoríficas, - climatización residencial, - climatización en comercios, - climatización de grandes edificios. La historia de los refrigerantes es muy desafortunada. La primera generación, utilizada hasta 1930, fueron fluidos encontrados en la naturaleza como el amoníaco. La tecnología de esa época no estaba preparada para hacer frente a los problemas de inflamabilidad y toxicidad de estos fluidos, estando los accidentes al orden del día. La segunda generación comenzó con la invención de los refrigerantes sintéticos CFC y HCFC, que no tenían los problemas de seguridad de los naturales. Sin embargo, a partir de la década de los 70 se descubrió que estos refrigerantes clorados provocan un terrible daño medioambiental: la destrucción de la capa de ozono. La respuesta internacional llegó en 1989 con el Protocolo de Montreal y supuso la transición de estos CFC y HCFC a la actual generación de refrigerantes, la tercera, los HFC. El Protocolo de Montreal establece un calendario de reducción para el consumo y la producción de estos gases clorados. Se diferenció entre los países más desarrollados y los países en vías de desarrollo, entre los que se encuentra China. Los CFC se abandonaron en 1996 en el primer grupo y en 2010 en los segundos. Con respecto a los HCFC, la reducción se completó en 2020 para los países más desarrollados, pero no culminará hasta 2030 para los países en vías de desarrollo. El abandono de los HCFC no se está consiguiendo tan rápido como se había previsto. Esto se debe al crecimiento tan inesperado como espectacular que China ha experimentado desde principios de siglo. En la Figura I se muestra el consumo mundial de HCFC y el consumo restando las emisiones de las que China es responsable. Se observa como China, a pesar de ser un país más de los 147 que conforman el grupo de los países en vías de desarrollo, aglutina más de la mitad del consumo de HCFC a nivel mundial. De no ser por China, el máximo histórico de consumo de estas sustancias se habría alcanzado entre 1996 y 1999, coincidiendo con el año de congelación del consumo de HCFC en los países fuera del artículo 5, y estaríamos actualmente en unos niveles de consumo casi un 60% inferiores. En mi opinión, esto supone un fracaso del Protocolo de Montreal. (extracto)Universidad de Sevilla. Máster en Ingeniería Industria

Thermodynamic Assessment and Optimisation of Supercritical and Transcritical Power Cycles Operating on CO2 Mixtures by Means of Artificial Neural Networks

Feb 21, 2022 to Feb 24, 2022, San Antonio, TX, United StatesClosed supercritical and transcritical power cycles operating on Carbon Dioxide have proven to be a promising technology for power generation and, as such, they are being researched by numerous international projects today. Despite the advantageous features of these cycles enabling very high efficiencies in intermediate temperature applications, the major shortcoming of the technology is a strong dependence on ambient temperature; in order to perform compression near the CO2 critical point (31ºC), low ambient temperatures are needed. This is particularly challenging in Concentrated Solar Power applications, typically found in hot, semi-arid locations. To overcome this limitation, the SCARABEUS project explores the idea of blending raw carbon dioxide with small amounts of certain dopants in order to shift the critical temperature of the resulting working fluid to higher values, hence enabling gaseous compression near the critical point or even liquid compression regardless of a high ambient temperature. Different dopants have been studied within the project so far (i.e. C6F6, TiCl4 and SO2) but the final selection will have to account for trade-offs between thermodynamic performance, economic metrics and system reliability. Bearing all this in mind, the present paper deals with the development of a non-physics-based model using Artificial Neural Networks (ANN), developed using Matlab’s Deep Learning Toolbox, to enable SCARABEUS system optimisation without running the detailed – and extremely time consuming – thermal models, developed with Thermoflex and Matlab software. In the first part of the paper, the candidate dopants and cycle layouts are presented and discussed, and a thorough description of the ANN training methodology is provided, along with all the main assumptions and hypothesis made. In the second part of the manuscript, results confirms that the ANN is a reliable tool capable of successfully reproducing the detailed Thermoflex model, estimating the cycle thermal efficiency with a Root Mean Square Error lower than 0.2 percentage points. Furthermore, the great advantage of using the Artificial Neural Network proposed is demonstrated by the huge reduction in the computational time needed, up to 99% lower than the one consumed by the detailed model. Finally, the high flexibility and versatility of the ANN is shown, applying this tool in different scenarios and estimating different cycle thermal efficiency for a great variety of boundary conditions.Unión Europea H2020-81498

Un proyecto escultórico: la tortuga

En enero de 2003, los escultores Pablo de Arriba del Amo y José de las Casas Gómez presentaron la idea de una posible creación escultórica a la Junta municipal de Villaverde Alto. Este proyecto fue aprobado; por tanto, contó con la financiación necesaria para llevarlo a cabo, posteriormente fue instalado en la localización final propuesta, que era en la plaza Ágata de ese mismo distrito. En este artículo se van a desarrollar pormenorizadamente todos los pasos que se siguieron en el proceso de creación de este monumento, el cual por su envergadura era especialmente complejo. Desde la elección del tema, los materiales y los procesos hasta el desarrollo y estudio de la cimentación, todo ello será explicado para dar cuenta de un proyecto de máximo interés no sólo para los propios escultores, sino que, para el público general, la aproximación a este procedimiento puede hacer valorar el universo de la escultura mucho más. Hay que tener en consideración que ambos escultores se inventaron un procedimiento escultórico mediante la aplicación de sus conocimientos en una configuración novedosa, tanto por el procedimiento como por el método de aplicación de los materiales. Durante las páginas que siguen se verán y comprenderán las dificultades que tuvieron que afrontar no sólo a nivel técnico, sino a nivel conceptual para hilvanar todos los aspectos del proyecto, viéndose, así mismo, los ámbitos en los que este proyecto concreto es singular.In January 2003, the sculptors Pablo de Arriba del Amo and José de las Casas Gómez, presented the idea of a possible sculptural creation to the Municipal Board of Villaverde Alto, this project was approved, therefore, it had the necessary financing to carry it out. It was later installed in the proposed final location, which was in Plaza Ágata in that same district. In this article, all the steps that were followed in the process of creating this monument, which was especially complex due to its size, will be developed in detail. From the choice of theme, materials and processes to the development and study of the foundation, all of this will be explained to account for a project of maximum interest not only for the sculptors themselves, but also for the general public. The approach to this procedure can make the universe of sculpture much more appreciated. It must be taken into account, that both sculptors invented a sculptural procedure by applying their knowledge in a novel configuration, both in terms of the procedure and the method of applying the materials. During the following pages you will see and understand the difficulties they had to face not only at a technical level but also at a conceptual level to put together all the aspects of the project, seeing, likewise, the areas in which this specific project is unique

Las tecnologias de la información y la comunicación como elemento favorecedor del aprendizaje. Análissi de las diferentes visiones

Las tecnologías de la información y la comunicación como elemento favorecedor del aprendizaje. Análisis de las diferentes visiones

Preliminary investigation on the adoption of CO2-SO2 working mixtures in a transcritical Recompression cycle

This paper investigates the interest and potential of using working fluids based on Carbon and Sulphur Dioxide mixtures (CO2-SO2) in a transcritical Recompression cycle. In order to assess the actual thermodynamic potential of the concept proposed, the influence of dopant (SO2) content is assessed for two different turbine inlet temperatures (550 °C and 700 °C). The results obtained are compared with other CO2 mixtures already proposed in literature (CO2-C6F6 and CO2--TiCl4) and for two alternative cycle layouts (Recuperated Rankine and Precompression). The results pf the analysis reveal that, at high ambient temperature, the Recompression cycle operating on CO2-SO2, with Sulphur Dioxide content between 20% and 30%(v), is a very interesting option for Concentrated Solar Power plants, able to achieve thermal efficiencies of approx. 45% and 51% at 550 °C and 700 °C respectively. At a minimum cycle temperature of 50 °C, the proposed configuration leads to thermal efficiency gains of 6% and 2% with respect to the Brayton and Recompression cycles working on pure CO2. This performance enhancement of the Recompression cycle with CO2-SO2 is comparable to or higher than that enabled by other CO2 mixtures proposed in literature, but with significantly higher specific work (smaller footprint) and temperature rise across the solar receiver (lower installation costs).Unión Europea H2020-814985University of Seville - Internal Research Programme (Plan Propio de Investigación) contract No 2019/00000359Junta de Andalucía - Programme for Youth Employment 2014–202

Influence of Working Fluid Composition on the Optimum Characteristics of Blended Supercritical Carbon Dioxide Cycles

Proceedings of ASME Turbo Expo 2021: Turbomachinery Technical Conference and Exposition GT2021 June 7-11, 2021, Virtual, OnlineThe supercritical Carbon Dioxide power cycle technology has attracted growing interest from the scientific community, becoming one of the most important options currently considered for CSP applications. This is thanks to its high thermal efficiency, even at moderate turbine inlet temperatures, and small footprint. Nevertheless, sCO2 power cycles require a fairly low compressor inlet temperature to exploit their full thermodynamic potential. When this cannot be achieved, as it is usually the case for Concentrated Solar Power plants where ambient temperatures are high, the interest of the technology is compromised. To compensate for this effect, the SCARABEUS project is working on the development of certain chemical dopants that could be added to the raw CO2, obtaining new working fluids with the same or even better performance than pure CO2 even at higher minimum cycle temperatures. This paper studies the impact of using CO2 mixtures blended with Hexaflurorobenzene (C6F6) and Titanium Tetrachloride (TiCl4). It is found that these mixtures enable thermal efficiencies that are higher than if pure CO2 were used. The efficiency gain can be as high as 3 percentage points, depending on the dopant used and the operating conditions considered. In addition to this absolute performance gain, the paper reveals that there are additional degrees of freedom that enable more effective cycle optimisation. These are the dopant molar content, not only its composition, and the cycle layout used. When this is studied, it is found that the optimum molar content ranges from 10 to 20% and that the layouts of interest when using mixtures are simpler than if plain CO2 were used. These results open the way for a significant performance enhancement of Concentrated Solar Power plants.Unión Europea, Horizon 2020, Nº81498

Aplicación de la tecnología 3D en la restauración del conjunto escultórico Los Portadores de la Antorcha, de la Ciudad Universitaria de Madrid

El conjunto escultórico Los Portadores de la Antorcha, realizado por la escultora estadounidense Anna Vaughn Hyatt Huntington, sufrió hace tres años el robo de uno de sus elementos constitutivos más importantes: la antorcha que portaba la figura situada en el plano inferior. Un equipo de investigación ha llevado a cabo la restitución de la pieza faltante y, para ello, ha empleado una combinación de la tecnología 3D con los tradicionales métodos de moldeo. Como planteamiento previo, se planteó la digitalización, mediante escáner 3D o fotogrametría, de algunas de las antorchas correspondientes a otras versiones que de la escultura existen en nuestro país (Valencia), así como en América. Debido a la imposibilidad, hasta el momento, de optar por esta medida, finalmente se ha puesto en práctica otra opción, que ha consistido en la realización del modelado 3D de la antorcha a partir de las seis fotografías de las que se disponía. Una vez se dispuso de este modelo 3D, se realizó el fresado 3D de la llama, así como el torneado de la parte inferior. De este modelo en resina de poliuretano se realizó su molde y después el vaciado final y mediante el empleo de una resina epoxi con filtro UV, de manera que el color de aluminio de la pieza permanezca lo más estable posible

Supercritical Carbon Dioxide Cycles for Concentrated Solar Power Plants: A Possible Alternative for Solar Desalination

This manuscript investigates the supercritical carbon dioxide (sCO2) power cycle employed in the power block of concentrated solar power (CSP) plants—solar tower—as an alternative for solar desalination, developed with either distillation or reverse osmosis. This concept is investigated as a possible up-scaling of the SOLMIDEFF project, originally based on a hot-air micro gas turbine combined with a solar dish collector. For the upscaled concept, five different sCO2 cycles are considered, chosen amongst the best-performing configurations proposed in the literature for CSP applications, and modelled with Thermoflex software. The influence of ambient conditions is studied, considering two minimum cycle temperatures (35 °C and 50 °C), corresponding to Santa Cruz de Tenerife and Abu Dhabi, respectively. The results show that the low temperatures at the inlet of the heat rejection unit compromise the viability of distillation technologies. On the other hand, the high thermal efficiency achieved by these cycles, especially with the recompression and partial cooling layouts, reduces the specific energy consumption when combined with reverse osmosis (RO), below that of photovoltaic (PV)+RO. Feed-water preheating is explored as a solution to further reduce energy consumption, concluding that its actual interest is not clear and strongly depends on the location considered and the corresponding water quality standards.Spanish National R+D+i Programme RTI2018-102196-B-100University of Seville Internal Research Programme (Plan Propio de Investigación) contract No 2019/00000359Junta de Andalucía Programme for Youth Employment 2014–2020 (Phase 4