Eficiencia energética del sistema de climatización de un vehículo ferroviarioanálisis paramétrico y optimización mediante técnicas DoE

Resumo

Los sistemas de climatización usados en vehículos ferroviarios de transporte de pasajeros están limitados por dos aspectos: la energía consumida y el espacio ocupado. Para evaluar la manera de cumplir estas dos restricciones se ha llevado a cabo un análisis paramétrico y una optimización utilizando técnicas de Diseño de Experimentos (DoE, Design of Experiments) mediante un modelo matemático de un sistema real. La eficiencia energética del sistema se ha caracterizado mediante cuatro parámetros: el COP (Coefficient of Performance), la potencia de refrigeración del sistema y su expresión adimensional y la efectividad del evaporador. El espacio ocupado por todo el sistema se ha caracterizado mediante el volumen adimensional del evaporador. Se ha mantenido el mismo compresor en el análisis y los parámetros de entrada modificados han sido el volumen adimensional del evaporador y cuatro condiciones de operación: la temperatura y el flujo másico del aire de entrada al evaporador, la temperatura de entrada del aire al condensador y el incremento de temperatura del aire en el condensador. Mediante el tipo de diseño de Superficie de Respuesta denominado Central Compuesto se han obtenido las ecuaciones de regresión de las cuatro variables de salida seleccionadas para evaluar la eficiencia energética del sistema en un amplio rango de condiciones de operación. Se ha obtenido que la potencia de refrigeración adimensional es el mejor parámetro porque es independiente de las condiciones de operación y sólo depende del volumen adimensional del evaporador, siendo mayor cuanto menor es este. Se ha identificado un volumen adimensional óptimo para la optimización simultánea de las cuatro variables de respuesta del sistema que proporciona un incremento del 26% en la potencia de refrigeración adimensional con respecto a la del sistema de referencia.