Banco demostrativo del ciclo de acondicionamiento de aire para los estudiantes de Ingeniería en Energía y Sostenibilidad de la Universidad Autónoma de Bucaramanga
El proyecto tiene como propósito el diseño y la construcción de un banco demostrativo del ciclo de acondicionamiento de aire, ubicado en la Universidad Autónoma de Bucaramanga (UNAB), en el laboratorio Planta Piloto, para brindar a los estudiantes una herramienta que integre la visualización y monit...
- Autores:
-
Maldonado Sierra, Erika Juliana
Suarez Jaimes, Raúl Santiago
- Tipo de recurso:
- Trabajo de grado de pregrado
- Fecha de publicación:
- 2025
- Institución:
- Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNAB
- Repositorio:
- Repositorio UNAB
- Idioma:
- spa
- OAI Identifier:
- oai:repository.unab.edu.co:20.500.12749/28639
- Acceso en línea:
- http://hdl.handle.net/20.500.12749/28639
- Palabra clave:
- Demonstration bench
Thermodynamic cycle
Real-time monitoring
Energy optimization
Energy engineering
Technological innovations
Energy
Cooling load
Energy resources
Energy consumption
Software development
Ingeniería en energía
Innovaciones tecnológicas
Energía
Carga de enfriamiento
Recursos energéticos
Consumo de energía
Desarrollo de software
Banco demostrativo
Ciclo termodinámico
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Optimización energética
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Banco demostrativo del ciclo de acondicionamiento de aire para los estudiantes de Ingeniería en Energía y Sostenibilidad de la Universidad Autónoma de Bucaramanga Demonstration bench Thermodynamic cycle Real-time monitoring Energy optimization Energy engineering Technological innovations Energy Cooling load Energy resources Energy consumption Software development Ingeniería en energía Innovaciones tecnológicas Energía Carga de enfriamiento Recursos energéticos Consumo de energía Desarrollo de software Banco demostrativo Ciclo termodinámico Monitoreo en tiempo real Optimización energética |
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Demonstration bench Thermodynamic cycle Real-time monitoring Energy optimization Energy engineering Technological innovations Energy Cooling load Energy resources Energy consumption Software development Ingeniería en energía Innovaciones tecnológicas Energía Carga de enfriamiento Recursos energéticos Consumo de energía Desarrollo de software Banco demostrativo Ciclo termodinámico Monitoreo en tiempo real Optimización energética |
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El proyecto tiene como propósito el diseño y la construcción de un banco demostrativo del ciclo de acondicionamiento de aire, ubicado en la Universidad Autónoma de Bucaramanga (UNAB), en el laboratorio Planta Piloto, para brindar a los estudiantes una herramienta que integre la visualización y monitoreo de datos en tiempo real y con ello el análisis de variables termodinámicas y consumo eléctrico. Para desarrollar el sistema anteriormente mencionado se realizó el montaje de un aire acondicionado en una base movible para la implementación de sensores de temperatura y de presión en diferentes puntos del ciclo del aire acondicionado para la medición de estos datos en tiempo real se implementó una interfaz de usuario mediante el Software LABVIEW y PYTHON Con el desarrollo de este proyecto, se busca no solo alcanzar los objetivos técnicos planteados, sino también fomentar en los estudiantes habilidades prácticas y herramientas clave para abordar problemas de sostenibilidad propios de la Ingeniería en Energía. A través del uso integrado de sensores avanzados, plataformas de desarrollo como Arduino y ESP32, y lenguajes de programación como Python, en conjunto con herramientas de monitoreo y control como LabVIEW, los participantes adquieren experiencia en la interconexión de sistemas, el análisis de datos en tiempo real y la optimización de recursos energéticos, promoviendo soluciones innovadoras y sostenibles. |
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K. J. Chua, S. K. Chou, W. M. Yang, and J. Yan, “Achieving better energy-efficient air conditioning - A review of technologies and strategies,” 2013, Elsevier Ltd. doi: 10.1016/j.apenergy.2012.10.037. I. Energy Agency, “Sustainable, Affordable Cooling Can Save Tens of Thousands of Lives Each Year.” [Online]. Available: www.iea.org International Energy Agency (IEA), “The Future of Cooling Opportunities for energy- efficient air conditioning <https://iea.blob.core.windows.net/assets/0bb45525-277f- 4c9c-8d0c-9c0cb5e7d525/The_Future_of_Cooling.pdf>,” p. 92, 2018, [Online]. Available: https://iea.blob.core.windows.net/assets/0bb45525-277f-4c9c-8d0c- 9c0cb5e7d525/The_Future_of_Cooling.pdf “ENERGY-EFFICIENT AND CLIMATE-FRIENDLY AIR CONDITIONERS «ACCELERATING THE GLOBAL ADOPTION OF ENERGY-EFFICIENT AND CLIMATE-FRIENDLY AIR CONDITIONERS».” [Online]. Available: https://united4efficiency.org/wp- content/uploads/2017/06/U4E-ACGuide-201705- C. A. Isaza-Roldan and J. A. Cardona-Gil, “Sistema de control de aire acondicionado con energía solar y ciclo de refrigeración por absorción,” 2015. [Online]. Available: https://www.researchgate.net/publication/327187502 Edificios y comunidades Una guía práctica para la resiliencia climática. 2021. [Online]. Available: www.un.org/Depts/Cartographic/english/htmain.htm K. Bruton, P. Raftery, B. Kennedy, M. M. Keane, and D. T. J. O’Sullivan, “Review of automated fault detection and diagnostic tools in air handling units,” Energy Effic, vol. 7, no. 2, pp. 335–351, Nov. 2014, doi: 10.1007/S12053-013-9238-2/METRICS. A. Dexter and J. Pakanen, Technical Synthesis Report Annex 34 Computer Aided Evaluation of HVAC System Performance Edited by Rajinder Jagpal Based on the Report Demonstrating Automated Fault Detection and Diagnosis Methods in Real Buildings. 2006. [Online]. Available: www.ecbcs.org F. De, “Laboratorios de apoyo al Doctorado Laboratorio Laboratorio Planta Piloto.” “Sobrecalentamiento y subenfriamiento - Area Academy.” Accessed: Dec. 10, 2024. [Online]. Available: https://areacooling.com/areacademy/es/sobrecalentamiento-y- subenfriamiento/ ANEXO GENERAL REGLAMENTO TÉCNICO DE INSTALACIONES TÉRMICAS RETSIT 2023 República de Colombia RESOLUCIÓN NÚMERO 40773, “MINISTERIO DE MINAS Y ENERGÍA ANEXO GENERAL REGLAMENTO TÉCNICO DE INSTALACIONES TÉRMICAS RETSIT 2023 República de Colombia RESOLUCIÓN NÚMERO 40773 DE 29 DIC 2023 Página 2 de 72 Anexo General del Reglamento Técnico de Instalaciones Térmicas- RETSIT CONTENIDO,” Dec. 2023. M. Bermúdez and A. Carlos, “Estructuras metalicas,” SpringerReference, 2005. Solidworks, “Solidworks Simulation Finite Element Analysis (FEA) Software,” GoEngineer. Material Mundial Grados., “ASTM A36 Acero Propiedades & Ficha Tecnica: Fy, Dureza, Densidad,” 2023. John Sonnenberg, “Serial Communications RS232, RS485, RS422,” Raveon Technologies Corp, 2018. |
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Para desarrollar el sistema anteriormente mencionado se realizó el montaje de un aire acondicionado en una base movible para la implementación de sensores de temperatura y de presión en diferentes puntos del ciclo del aire acondicionado para la medición de estos datos en tiempo real se implementó una interfaz de usuario mediante el Software LABVIEW y PYTHON Con el desarrollo de este proyecto, se busca no solo alcanzar los objetivos técnicos planteados, sino también fomentar en los estudiantes habilidades prácticas y herramientas clave para abordar problemas de sostenibilidad propios de la Ingeniería en Energía. A través del uso integrado de sensores avanzados, plataformas de desarrollo como Arduino y ESP32, y lenguajes de programación como Python, en conjunto con herramientas de monitoreo y control como LabVIEW, los participantes adquieren experiencia en la interconexión de sistemas, el análisis de datos en tiempo real y la optimización de recursos energéticos, promoviendo soluciones innovadoras y sostenibles.RESUMEN....................................................................................................................... 12 ABSTRACT ...................................................................................................................... 13 INTRODUCCIÓN.............................................................................................................. 14 2.1 Marco conceptual..................................................................................................17 2.2 Marco Teórico........................................................................................................39 Balance de energía en el Ciclo de Refrigeración:...........................................39 Trabajo del Compresor...................................................................................39 Calor Retirado en el evaporador....................................................................40 Calor Cedido (Condensador) ..........................................................................40 Balance de energía .........................................................................................41 Sobrecalentamiento.......................................................................................42 Subenfriamiento.............................................................................................43 Refrigerante R22 ............................................................................................44 Coeficiente de performance (COP) ................................................................45 Energy Efficiency Ratio (EER)......................................................................46 SEER: Coeficiente de eficiencia energética estacional ...............................47 2.3 Marco legal ............................................................................................................47 4.1. Objetivo General.......................................................................................................58 4.2. Objetivos específicos ................................................................................................58 5.1 Diseño y ensamblaje..............................................................................................59 5.2 Preparación y montaje del sistema de aire acondicionado ..................................60 5.3 Instrumentalización y monitoreo ..........................................................................60 6.1 Preparación inicial del proyecto............................................................................62 6.2 Diseño de la estructura y ensamblaje ...................................................................63 Ensamblaje de la estructura...........................................................................66 6.3 Mantenimiento del aire acondicionado................................................................68 Montaje del aire acondicionado ....................................................................69 Comprobación de hermeticidad ....................................................................70 Conexiones eléctricas.....................................................................................70 Carga de refrigerante: ....................................................................................71 6.4 Diseño del sistema de adquisición, procesamiento y visualización de datos.......72 Selección de sensores ....................................................................................73 Sistema de adquisición...................................................................................75 Adquisición de temperaturas con termocupla tipo K y MAX6675: ...............76 Adquisición de humedad relativa y temperatura del aire con DHT11. .........77 Adquisición de corriente eléctrica con ACS712 .............................................78 Sensor de presión capacitivo .........................................................................79 6.5 Desarrollo en labview............................................................................................79 INTRUMENTO VIRTUAL 1-Adquisición de Datos:...........................................80 INTRUMENTO VIRTUAL 2-Pantalla Principal:.................................................82 INTRUMENTO VIRTUAL 3- Dashboard ...........................................................83 INTRUMENTO VIRTUAL 4- Análisis Eléctrico..................................................83 INTRUMENTO VIRTUAL 5- Análisis Termodinámico: .....................................84 6.6 Integración labview y python ................................................................................84 Determinación del flujo del aire en el evaporador........................................85 Implementación de Python para el cálculo del COP......................................87 7.1 Montaje banco de aire acondicionado..................................................................89 Diseño y construcción de la estructura..........................................................89 7.2 Equipamiento sensores.........................................................................................94 Termocuplas...................................................................................................94 ACS72: ............................................................................................................96 DHT11.............................................................................................................96 7.3 Interfaz gráfica.......................................................................................................99 7.4 INTRUMENTO VIRTUAL 1-Adquisición de Datos: ..................................................99 7.5 INTRUMENTO VIRTUAL 2-Pantalla Principal: ......................................................100 7.6 INTRUMENTO VIRTUAL 2-Pantalla Principal: ......................................................101 7.7 INTRUMENTO VIRTUAL 4- Análisis Eléctrico. ......................................................103 7.8 INTRUMENTO VIRTUAL 5- Análisis Termodinámico:...........................................104 8. Conclusiones 9. Recomendación Referencias .................................................................................................................. 109PregradoThe project aims to design and build a demonstration bench for the air conditioning cycle, located at the Autonomous University of Bucaramanga (UNAB), in the Pilot Plant laboratory, to provide students with a tool that integrates the visualization and monitoring of data in real time and thus the analysis of thermodynamic variables and electrical consumption. To develop the aforementioned system, an air conditioner was mounted on a movable base for the implementation of temperature and pressure sensors at different points of the air conditioning cycle to measure these data in real time. A user interface was implemented using LABVIEW and PYTHON software. With the development of this project, we seek not only to achieve the technical objectives set forth, but also to foster practical skills and key tools in students to address sustainability problems specific to Energy Engineering. Through the integrated use of advanced sensors, development platforms such as Arduino and ESP32, and programming languages such as Python, together with monitoring and control tools such as LabVIEW, participants gain experience in the interconnection of systems, the analysis of data in real time and the optimization of energy resources, promoting innovative and sustainable solutions.Modalidad Presencialapplication/pdfspahttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/Abierto (Texto Completo)Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombiahttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Banco demostrativo del ciclo de acondicionamiento de aire para los estudiantes de Ingeniería en Energía y Sostenibilidad de la Universidad Autónoma de BucaramangaDemonstration bench of the air conditioning cycle for students of Energy and Sustainability Engineering at the Autonomous University of Bucaramanga.Ingeniero en EnergíaUniversidad Autónoma de Bucaramanga UNABPregrado Ingeniería en EnergíaIES-3034info:eu-repo/semantics/bachelorThesisTrabajo de Gradohttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1finfo:eu-repo/semantics/acceptedVersionhttp://purl.org/redcol/resource_type/TPDemonstration benchThermodynamic cycleReal-time monitoringEnergy optimizationEnergy engineeringTechnological innovationsEnergyCooling loadEnergy resourcesEnergy consumptionSoftware developmentIngeniería en energíaInnovaciones tecnológicasEnergíaCarga de enfriamientoRecursos energéticosConsumo de energíaDesarrollo de softwareBanco demostrativoCiclo termodinámicoMonitoreo en tiempo realOptimización energéticaK. J. Chua, S. K. Chou, W. M. Yang, and J. Yan, “Achieving better energy-efficient air conditioning - A review of technologies and strategies,” 2013, Elsevier Ltd. doi: 10.1016/j.apenergy.2012.10.037.I. Energy Agency, “Sustainable, Affordable Cooling Can Save Tens of Thousands of Lives Each Year.” [Online]. Available: www.iea.orgInternational Energy Agency (IEA), “The Future of Cooling Opportunities for energy- efficient air conditioning <https://iea.blob.core.windows.net/assets/0bb45525-277f- 4c9c-8d0c-9c0cb5e7d525/The_Future_of_Cooling.pdf>,” p. 92, 2018, [Online]. Available: https://iea.blob.core.windows.net/assets/0bb45525-277f-4c9c-8d0c- 9c0cb5e7d525/The_Future_of_Cooling.pdf“ENERGY-EFFICIENT AND CLIMATE-FRIENDLY AIR CONDITIONERS «ACCELERATING THE GLOBAL ADOPTION OF ENERGY-EFFICIENT AND CLIMATE-FRIENDLY AIR CONDITIONERS».” [Online]. Available: https://united4efficiency.org/wp- content/uploads/2017/06/U4E-ACGuide-201705-C. A. Isaza-Roldan and J. A. 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