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Diseño y construcción de un banco para el análisis del comportamiento de un sistema de refrigeración implementando un mecanismo de control continuo

Resumen

En la actualidad, ante el panorama energético mundial que exige la optimización de la energía empleada en cualquier sistema, resulta imprescindible que un ingeniero mecánico conozca y comprenda las estrategias de control contínuo utilizadas en los sistemas de refrigeración, sus ventajas y desventajas. Para ello, se diseñó y construyó un banco experimental equipado con un compresor inverter y una interfaz gráfica donde los estudiantes pueden analizar y observar el comportamiento y operación de un sistema de refrigeración operando según esquemas de control ON-OFF, PID Y Fuzzy. El prototipo construido consta de cuatro subsistemas: refrigeración, simulación de carga, control y adquisición de datos y estructura de soporte. Cada uno de los elementos que conforman dichos subsistemas fue dimensionado y seleccionado acorde con los requerimientos planteados. Un procedimiento de cálculo para la longitud de tubos capilares y un método de dimensionamiento para evaporadores basado en correlaciones experimentales de flujo bifásico fueron desarrollados como parte del proceso de diseño. Los algoritmos de control se operan a través de un software programado en LabVIEW que varía la velocidad de un compresor inverter en función de la carga térmica, la cual es impuesta al sistema por agua que puede ser calentada a través de tres resistencias sumergidas que inducen las perturbaciones. Parámetros como la capacidad del condensador, la carga térmica y la velocidad del compresor fueron variados para estudiar el comportamiento del sistema y el impacto que estos tienen en su desempeño. Los resultados experimentales de la comparación del consumo energético para cada estrategia de control muestran que los controladores continuos ofrecen un ahorro considerable respecto a los controladores ON-OFF y se encontró que el controlador Fuzzy registra un ahorro energético mayor que el PID. (*)