In this study a methodology to develop a semi-empirical modelling of a classic refrigeration system is presented, which is composed by a compressor, a condenser, an expansion valve and an evaporator, and is characterized under extended operating conditions. The models are developed in a modular way, thus these can be adapted to a similar configuration related with refrigeration, air conditioning and heat pumps. The results of the modelling are compared with experimental results obtained in a refrigeration system composed by a scroll compressor, a plate heat exchanger as evaporator a louvered fin and flat tube condenser. This comparison is also used to determine some empirical parameters of the models. First the models are validated individually and then these are interconnected to develop the global model. In this approximation, the condenser imposes the condensing pressure, the evaporator the evaporating pressure and the compressor the refrigerant flow rate, among other intermediate variables. The main outputs of the model are the evaporator cooling power, the compressor power and the system COP (Coefficient of Performance). The model is validated with 76 tests developed in a steady-state, by obtaining a COP with a difference lower than 8% between the measurements and the results of the model, which is here considered as acceptable. Finally, by simulation, the model is used to determine the refrigeration system working domain.
En este estudio se presenta la metodología para desarrollar un modelo semiempírico de un sistema de refrigeración clásico, compuesto de un compresor, un condensador, una válvula de expansión y un evaporador, el que es ensayado en un rango muy amplio de condiciones de operación. Los modelos se presentan en forma modular, lo que permite que puedan adaptarse a cualquier tipo de aplicación que utilice un sistema de refrigeración por compresión de vapor: refrigeración, aire acondicionado o bombas de calor, con componentes similares a los utilizados en este estudio. Los resultados de los modelos son confrontados con datos experimentales, los cuales son obtenidos de un sistema de enfriamiento que trabaja con un compresor a espiral, un evaporador a placas y un condensador de tubos planos y de aletas con persianas. Esta confrontación es en este caso utilizada para determinar algunos parámetros empíricos de los modelos. Una vez validados los modelos individuales se procede a conectar cada uno de ellos para definir el modelo global, se asume que el condensador impone la presión de condensación, el evaporador la presión de evaporación y el compresor el flujo de refrigerante, entre otras variables intermedias. Las principales salidas del modelo global son la potencia de refrigeración, la potencia del compresor y el COP (coeficiente de desempeño) del sistema. El modelo de simulación predice el COP del sistema con una diferencia inferior a un 8% con respecto a los valores experimentales, los que consisten en un total de 76 ensayos realizados en régimen estacionario y los que son utilizados para validar los modelos individuales y globales. Una vez realizado lo anterior, se determina, por simulación, el dominio de trabajo del sistema.