Análisis comparativo de las tecnologías de modelación y control para sistemas de refrigeración

Abstract

El trabajo realiza un estudio de la situación de sistemas de refrigeración en el mundo, desde el punto de vista de modelación matemática para la predicción de parámetros importantes en sistemas de refrigeración, así como también desde el punto de vista del grado de automatización en el que se encuentran este tipo de equipos en los diferentes sectores productivos, tales como el sector agro exportación, sector pesquero, productos procesados, transporte terrestre con frío, transporte marítimo, refrigeración comercial y refrigeración doméstica. Al tener información sobre las técnicas de modelación con mayor ponderación y las estrategias de control avanzado con mayores ventajas técnicas y sobre todo con alto grado de confiabilidad para las implementaciones en sistemas reales, se pretende dar un alcance de las tendencias futuras positivas para un mejor manejo de estos equipos con el fin de informar sobre los ahorros que pueden obtenerse si se llega a instalar metodologías de este tipo. Inicialmente se describe al sector agroexportador del Perú, su desarrollo y su tendencia de crecimiento en los próximos años, además de la importancia del frío para este sector. Así también, se presentan las características de los componentes principales que conforman un sistema de refrigeración por compresión de vapor, donde se explica el recorrido que realiza el refrigerante en dicho circuito hasta la extracción de calor de la habitación a refrigerar. Asimismo se ha desarrollado un estudio de las diferentes técnicas de modelación de procesos de refrigeración por compresión a vapor, así como también, la modelación del espacio a refrigerar ya sea una cámara de frío para el sector industrial, o una habitación doméstica/residencial. Seguidamente se describen tres técnicas de modelación matemática identificadas: modelación basada en primero principios, modelación basada en datos y modelación matemática híbrida, que es una combinación del primero y el segundo. Se ha podido analizar las revistas científicas que mayor cantidad de artículos científicos han publicado en cada técnica, en los últimos ocho años. Por otro lado, se ha realizado tablas comparativas en los que se puede apreciar las ventajas y desventajas de cada alternativa de modelación. Finalmente, se realiza un estudio exhaustivo de estrategias de control y automatización para el proceso de refrigeración, en las que se han estudiado las características del control de ON/OFF (encendido/apagado) que es la técnica clásica, se ha investigado sobre el control PID y sobre todo, las mejoras actuales que se han implementado a este tipo de control como PID Adaptativo, entre otros. Además, se ha realizado la investigación de técnicas de control avanzado, en la cual se ha encontrado al Model Predictive Control (MPC) como uno de sus principales representantes. Se concluye que el MPC supera a otros controladores convencionales como PID, RBC, PI, control heurístico, etc. En cuanto a ahorro energético, minimización de costes consumos, maximización del confort térmico, etc.