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 ÁREA TÉRMICA

Las líneas de investigación del ÁREA TÉRMICA se centran, como es lógico, fundamentalmente en aspectos térmicos de los sistemas energéticos, pero también incluyen el análisis y optimización de sistemas energéticos complejos, trabajándose en estos casos en cooperación con las otras áreas del Instituto. A continuación se describe las líneas de investigación principales que se enmarcan en esta área. 

1. INVESTIGACIÓN BÁSICA EN TRANSMISIÓN DE CALOR Y DISPOSTIVOS DE INTERCAMBIO DE CALOR

Esta línea enmarca aquellos trabajos que tienen como objetivo la generación de conocimiento en el campo de la transmisión de calor sin una aplicación industrial directa. También incluye el estudio de la problemática térmica y de transmisión de calor ligadas a la combustión en aplicaciones industriales, células de combustible, cogeneración, biomasa, etc.

2. TERMOGRAFÍA

El profesor Rafael Royo ha seguido ampliando la actividad formativa e investigadora en este campo, desarrollando diversos trabajos de investigación en muy diversos campos relacionados con la termografía infrarroja. Merece la pena destacar el Proyecto TARGET de tres años de duración llevado a cabo para la empresa TECNATOM en que el objetivo ha sido caracterizar la termografía infrarroja como técnica de ensayos no destructivos para el diagnóstico de fallos en materiales compuestos de fibra de carbono. También cabe mencionar el análisis mediante termografía de las Fallas de Valencia, realizada para el Parque de Bomberos del Ayuntamiento de Valencia, en sus diferentes acontecimientos característicos: Mascletá, Nit del Foc y Cremá, así como una asistencia al trabajo de formación y entrenamiento del personal de bomberos en las diferentes instalaciones de que disponen en la propia ciudad de Valencia.

Se ha profundizado asimismo en la aplicación de la termografía infrarroja a la edificación como una potente herramienta de análisis, en combinación con el equipo de análisis de hermeticidad al aire más conocido como Blower Door. La aplicación simultánea de ambas herramientas es fundamental en la consecución de edificios de bajo consumo y alta eficiencia, como muestra su aplicación en varias viviendas Passivhaus desarrolladas en España.

También se está investigando en la aplicación de la termografía activa a la caracterización de elementos constructivos, de forma que finalmente se consiga establecer un ensayo estandarizado por el que se pueda estimar la composición interior de los cerramientos.

3. DESARROLLO Y OPTIMIZACIÓN DE EQUIPOS DE REFRIGERACIÓN Y BOMBAS DE CALOR 

I.  Desarrollo de componentes y equipos 

Esta línea de trabajo tiene como objetivo primordial la aplicación conjunta de técnicas experimentales y de modelado al desarrollo y optimización de componentes y equipos de refrigeración y bombas de calor. Esta línea incluye estudios de carácter básico y aplicado en compresores de refrigeración, evaporadores y condensadores, y válvulas de expansión. Así mismo incluye el desarrollo de equipos completos de refrigeración o aire acondicionado. Esta línea de trabajo está fuertemente vinculada y apoyada por la Industria tanto nacional como internacional.

El período reportado en este informe se ha caracterizado por una notable actividad. Merece la pena destacar la colaboración anual existente con la empresa BSH (Bosch Siemens Home Appliances) para realizar el desarrollo tecnológico de la gama completa de secadoras de ropa domésticas trabajando con bomba de calor y para la optimización energética de una gama de neveras. También se han realizado proyectos de desarrollo tecnológico con las empresas VAILLANT en el campo de bombas de calor geotérmicas, KOXKA en el campo de evaporadores de muebles frigoríficos y CIAT España en el estudio del arrastre de gotas de evaporadores de unidades de tratamiento de aire.

Esta línea de trabajo también ha obtenido financiación por parte del estado español en su plan Nacional de I+D+i para la investigación en el uso de intercambiadores de minicanales para equipos de refrigeración, aire acondicionado y bomba de calor. 

II. Refrigerantes naturales 

Ésta es una línea de trabajo que se considera estratégica en el IIE, dado que los refrigerantes naturales pueden ser una alternativa excelente para la sustitución de los refrigerantes fluorados al poseer un potencial de contribución al fenómeno de calentamiento global mucho menor que el de los nuevos refrigerantes sintéticos HFC. El grupo posee ya una considerable experiencia en este campo y tiene amplio reconocimiento a nivel internacional. La actividad en esta línea de trabajo durante el período también ha sido muy intensa. 

Actualmente se está coordinando un proyecto financiado por la COMISION EUROPEA en el desarrollo de la próxima generación de bombas de calor de alta eficiencia trabajando con refrigerantes naturales donde están integrados fabricantes europeos de equipos como CIAT y ENEX, fabricantes de componentes como ALFA-LAVAL, DANFOSS y LU-VE así como universidades y centros de investigación europeos como KTH (Real Instituto de Tecnología Sueco), UNINA(Universidad de Nápoles), EPFL (Escuela Politecnica Federal de Laussane), ENEA ( Agencia Nacional para las Nuevas Tecnologías, energía y desarrollo económico sostenible) y NTNU (Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología). 

También se han realizado diferentes proyectos de desarrollo tecnológico con las empresas DANFOSS, MAERSK, HISPACOLD y EMERSON. 

4. MODELADO Y DESARROLLO DE SOFTWARE PARA EQUIPOS DE REFRIGERACIÓN Y AIRE ACONDICIONADO

Esta línea persigue el desarrollo de modelos matemáticos de componentes de los equipos de refrigeración: compresor, evaporador, condensador, dispositivo de expansión, etc., y el desarrollo de software para asistir el diseño de los mismos y para la simulación de equipos en instalaciones de frío y aire acondicionado. El IIE ha desarrollado ya varios códigos de cálculo que se ofrecen comercialmente en este campo. Entre ellos cabe destacar el código IMST-ART que permite la simulación de una unidad de refrigeración con los componentes principales: compresor, condensador y evaporador, así como el dispositivo de expansión y las líneas de descarga, líquido y succión. La evolución del software ha continuado durante el pasado período destacando la adquisición del mismo por diferentes empresas. Cabe destacar el convenio anual con la empresa estadounidense MODINE bajo el cual se produce el software MPOWER que permite el cálculo en un ciclo de refrigeración de los intercambiadores de tubos y aletas y minicanales producidos por dicha empresa. 

5. SISTEMAS ALTERNATIVOS DE REFRIGERACIÓN.

Esta línea de trabajo, relativamente joven en el Área Térmica, ha tenido una actividad importante. Los primeros pasos se dieron en el uso de sistemas de adsorción con el objetivo de emplear calor residual para la producción de frio. En los últimos años se ha extendido el campo de actuación al estudio del efecto magnetocalórico y su aplicación para la climatización de vehículos eléctricos. Esta linea ha obtenido financiación por parte de la COMISION EUROPEA dentro del proyecto ICE. 

6. SISTEMAS GEOTÉRMICOS DE BAJA ENTALPÍA PARA CLIMATIZACIÓN DE EDIFICIOS.

Esta línea de trabajo cuenta ya con una larga trayectoria y se dirige tanto al modelado y análisis de este tipo de instalaciones, como al diseño optimizado de las mismas, y cuenta con un amplio componente experimental. El Instituto cuenta con una instalación Demo completa de intercambiadores verticales que lleva funcionando más de 5 años. La instalación está completamente instrumentada y monitorizada. En la actualidad constituye un banco de pruebas excelente para el estudio de estrategias de optimización, tanto del diseño de la misma como de su operación. En el período cubierto por la presente memoria se debe destacar la participación del Instituto en el proyecto GROUNDMED del 7º programa marco de la Unión Europea. El objetivo de este proyecto es la realización de 8 instalaciones en diferentes emplazamientos europeos que demuestren las ventajas de la climatización geotérmica, con producción de calor en invierno y frío en verano. El proyecto persigue lograr un SPF estacional superior a 5, y el IIE lidera la tarea de diseño de las instalaciones.

7. EFICIENCIA ENERGÉTICA EN EDIFICIOS

Este es otro importante campo de trabajo que se ha mantenido con una importante actividad desde su nacimiento. Esta línea agrupa los estudios de cargas térmicas y el conjunto de demandas energéticas de los edificios y el estudio del consumo energético de los mismos, así como la optimización de su diseño y operación. En este período se debe destacar sobre todo la cooperación con la empresa ACCIONA en materia de modelado y simulación de sistemas energéticos de pequeñas poblaciones o grupos de edificios, el diseño optimizado del sistema de climatización para grupos escolares, así como la investigación de la carga y descarga de depósitos de almacenamiento de frío, y el modelado de este tipo de dispositivos. Asimismo es de destacar la participación en el proyecto RASOL liderado por AIDICO y financiando por el IMPIVA.

8. ANÁLISIS Y OPTIMIZACIÓN DE SISTEMAS ENERGÉTICOS COMPLEJOS

Esta linea incluye la realización de estudios de análisis y optimización de sistemas energéticos complejos usando modelos dinámicos avanzados creados con softwares como TRNSYS y MATLAB. Estos modelos dan respuesta a las cada vez más frecuentes consultas por parte de la industria para el desarrollo de soluciones energéticas más eficientes en multitud de aplicaciones: vehículos, edificios, centrales de generación, hospitales, hoteles,…