Implementación de un intercambiador de calor con material de cambio de fase (PCM-HX) en un sistema de refrigeración de moldes de inyección de termoplásticos

Abstract

El interés de lograr cada vez más eficiencia energética en los procesos y reducir la huella de carbono y el calentamiento global, son los principales pilares para buscar sistemas cada vez más eficientes. El uso de sistemas de almacenamiento térmico PCM permite aprovechar, estabilizar y almacenar energía térmica para su posterior uso, lo cual permite mejorar significativamente un proceso si se realiza un correcto diseño. En el presente trabajo se estudió un sistema de refrigeración de moldes de inyección de termoplásticos, al conocer las oscilaciones de temperatura del líquido refrigerante se diseña analíticamente un intercambiador de cambio de fase PCM-HX con geometría de aletas tipo persiana y tubos planos que ayuda a reducir las oscilaciones de temperatura presentes en el sistema. Se encontró una mejora en la estabilidad de las temperaturas del líquido refrigerante al integrar el PCM-HX, reduciendo las oscilaciones hasta un 50%, adicionalmente evidenció que el chiller opera en ciclos más largos de encendido y apagado, lo que significa una reducción del consumo energético del 11%. Los resultados encontrados permiten explorar nuevas alternativas de implementación de acumuladores de energía térmica, con lo cual se pueden tener una disminución importante en el consumo eléctrico y sistemas de refrigeración más estables contribuyendo en la reducción de la huella de carbono. (Texto tomado de la fuente)

The interest in achieving more energy efficiency in processes and decreasing the carbon footprint and global warming are the main pillars for seeking increasingly efficient systems. The use of PCM thermal storage systems allows the use, stabilization and storage of thermal energy for later use, which allows a process to be significantly improved if a correct design is carried out. In the present work, a cooling system for thermoplastic injection molds was studied. Knowing the temperature oscillations of the cooling liquid, a phase change exchanger (PCM-HX) with louvered fin and flat tubes geometry is analytically designed to help reduce the temperature oscillations present in the system. An improvement was found in the stability of coolant temperatures by integrating the PCM-HX, reducing oscillations up to 50%, additionally it was shown that the chiller operates in longer cycles on and off, which means a reduction in power consumption up to 11%. The results found allow us to explore new alternatives for the implementation of thermal energy storages, which can lead to a significant decrease in electricity consumption and more stable refrigeration systems, contributing to the reduction of the carbon footprint.