Control de un chiller de absorción en operación variable mediante un modelo estacionario versus transiente

Abstract

Este trabajo tiene como objetivo estudiar la respuesta dinámica de una máquina de absorción de simple efecto de LiBr – H2O ante variaciones temporales en una de sus variables de control, y analizar paramétricamente la rapidez de convergencia al estado de equilibrio final y la discrepancia energética entre la respuesta transiente y la de equilibrio, para finalmente contrastar una estrategia de control que considere las características dinámicas de la máquina, frente a una que no las considere (como un mapa de rendimiento). Esto se realiza de forma teórica, desarrollando un modelo estacionario (de estados de equilibrio) y un modelo transiente (dinámico) de parámetros concentrados, basados en las leyes de conservación de masa y energía en un volumen de control. Los parámetros de estos modelos son ajustados a los datos de operación nominal del chiller Yazaki WFC-10. Sin embargo, un modelo termodinámico básico no consigue reproducir las características de operación particulares del WFC-10 fuera del punto de diseño, por lo que se incorporan mejoras a ciertos aspectos de los modelos, que logran un mejor ajuste a los datos experimentales. La respuesta dinámica del modelo transiente, como serie de tiempo, es obtenida a partir de cambios de tipo rampa (variación lineal) en la temperatura de entrada externa al generador, o bien en su tasa de flujo asociada. Se comparan los resultados entre una versión básica del modelo aplicable a la mayoría de chillers de absorción de LiBr – H2O de simple efecto, y la adaptación de éste para el WFC-10. Para ambas versiones, se estudian el tiempo de respuesta del sistema y el error total entre las respuestas estacionaria y transiente de la capacidad de enfriamiento y el calor de entrada al chiller, en función de la duración y magnitud de la rampa. También se investiga la relación entre el tiempo de respuesta y la tasa de flujo impulsada por la bomba de solución, para un mismo cambio en la capacidad de enfriamiento. El tiempo de respuesta para variaciones rápidas es del orden de 10 minutos. Por último, se comparan los resultados al utilizar una estrategia de control basada en un modelo estacionario y una basada en un modelo transiente, para el seguimiento de un perfil de demanda de generación de frío determinado, utilizando el modelo transiente desarrollado como una representación de la máquina real. Los dos perfiles de demanda corresponden a variaciones en forma de pulso sinusoidal de 1 minuto y 1 hora de duración. En el primer caso, el control estacionario fracasó en reproducir la demanda, alcanzando una subida de sólo el 23 % de la requerida, mientras que en el segundo caso se obtuvo un seguimiento muy preciso, validando así el uso de estrategias de control estacionario en operación lentamente variable (de orden horario), pero no en operación altamente dinámica.