Diseño y desarrollo de un modelo computacional para simular dispositivos termoelectricos en el interior de un refrigerador doméstico

Resumo

La demanda de refrigeradores que incorporan sistemas automatizados de producción de cubitos de hielo, exige el estudio de nuevos dispositivos que permitan producciones aceptables por parte del usuario. Los actuales sistemas de comprensión de vapor resultan excesivamente complejos y caros, además modifican el circuito del fluido frigorígeno del electrodoméstico. Estos inconvenientes se pueden resolver mediante las cubiteras de tecnología termoeléctrica las cuales no poseen partes móviles y son intercambiables. En el presente trabajo se ha desarrollado un modelo matemático computacional (MSCT), que simula los procesos de formación de cubitos de hielo empleando la tecnología termoeléctrica en aplicaciones de refrigeración doméstica. Tradicionalmente el estudio de los fenómenos termoeléctricos se ha llevado a cabo utilizando modelos analíticos, resultado de aplicar una serie de simplificaciones que hacen que determinados efectos no sean tenidos en cuenta. La principal aportación del modelo MSCT es que, al no tener en cuenta la mayoría de estas hipótesis simplificadoras, considera un mayor número de efectos y por lo tanto es más preciso y completo, ya que simula el sistema global (incluido el frigorífico). Para comprobar la fiabilidad del modelo computacional, se ha realizado una validación que nos determina el error existente entre el valor experimental y simulado, con errores menores de 10% en la producción de cubitos de hielo. Mediante el modelo MSCT analizamos las diferentes configuraciones propuestas, para ello se estudiaron las ventajas constructivas (eligiendo el comportamiento refrigerador para instalar la cubitera termoeléctrica), así como la influencia de diferentes parámetros de diseño, tales como: la resistencia térmica (consiguiendo aumentos en la producción máxima de un 93%), la capacidad térmica o el número de dedos formadores de cubitos de hielo. Mediante los resultados obtenidos seleccionados una configuración en la cual se optimizó la producción de cubitos de hielo en función de: la longitud del par termoeléctrico, número de pares termoeléctricos, resistencias térmicas de los disipadores y dedos, condiciones de funcionamiento de los frigoríficos y de la temperatura inicial del agua. Como resultado de esta optimización se ha obtenido un prototipo definitivo cuya producción es de 2.55 kg/día. Dado el marcado carácter predictivo del modelo, éste ha permitido un gran ahorro en el número de prototipos construidos y de ensayos experimentales realizados.