Desarrollo de un prototipo de CHILLER para terapia de inmersión en frío con control y supervisión remota por PLC vía internet

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Title: Desarrollo de un prototipo de CHILLER para terapia de inmersión en frío con control y supervisión remota por PLC vía internet
Authors: Sánchez Loaiza, Jam Michele
Arana Ramos, Luis Santiago
Advisor: Reyes López, Christopher Ruben
Abstract: This project aims to design, construct, and experimentally validate a water-cooling system for sports immersion therapy applications. The system is based on a vapor-compression refrigeration cycle using R-410A refrigerant and integrates remote monitoring technologies through IoT to ensure thermal stability and user safety within a temperature range of 5 °C to 15 °C. For the implementation of the prototype, a thermal sizing process was conducted, determining a cooling capacity equivalent to 0.9 HP. The system is supported by an AISI 316 stainless steel chassis, whose structural behavior was validated through Finite Element Analysis (FEA). The construction process included TIG welding and the application of elastomeric insulation, achieving a refrigeration circuit with a certified vacuum level of 300 microns. Subsequently, a hybrid control architecture was developed, separating the power stage from the control stage, and incorporating a safety chain composed of pressure switches and flow sensors to protect critical components against potential operational failures. Finally, the system’s performance was validated through pull-down tests and load disturbance evaluations. The results demonstrated that the equipment is capable of reducing the temperature of 150 liters of water from 24.5 °C to 5 °C in approximately 80 minutes, delivering an actual cooling capacity of 2.55 kW. Integration with the IoT platform enabled real-time visualization of process variables, confirming the technical and operational feasibility of the prototype for muscle recovery environments.
Translated abstract: El presente proyecto tiene como objetivo el diseño, construcción y validación experimental de un sistema de enfriamiento de agua para aplicaciones de terapia de inmersión deportiva. El sistema se basa en un ciclo de refrigeración por compresión de vapor que utiliza refrigerante R-410A e integra tecnologías de monitoreo remoto mediante IoT, con el fin de garantizar la estabilidad térmica y la seguridad del usuario en un rango de temperatura entre 5 °C y 15 °C. Para la implementación del prototipo, se realizó un dimensionamiento térmico que determinó una capacidad frigorífica equivalente a 0.9 HP. El sistema está soportado por un chasis de acero inoxidable AISI 316, cuyo comportamiento estructural fue validado mediante análisis de elementos finitos (FEA). La construcción incluyó procesos de soldadura TIG y la aplicación de aislamiento elastomérico, logrando un circuito frigorífico con un nivel de vacío certificado de 300 micrones. Posteriormente, se desarrolló una arquitectura de control híbrida que separa la etapa de potencia de la etapa de maniobra, incorporando además una cadena de seguridad compuesta por presostatos y sensores de flujo, encargados de proteger los componentes críticos ante posibles fallas operativas. Finalmente, el desempeño del sistema fue validado mediante pruebas de abatimiento térmico (pull-down) y ensayos de perturbación de carga. Los resultados demostraron que el equipo es capaz de reducir la temperatura de 150 litros de agua desde 24,5 °C hasta 5 °C en un tiempo aproximado de 80 minutos, entregando una potencia frigorífica real de 2,55 kW. La integración con la plataforma IoT permitió la visualización en tiempo real de las variables del proceso, confirmando la viabilidad técnica y operativa del prototipo para aplicaciones en entornos de recuperación muscular.
Keywords: CHILLER
CRIOTERAPIA
R-410A
ANÁLISIS FEA
AUTOMATIZACIÓN
IOT
Issue Date: 2026
URI: http://dspace.ups.edu.ec/handle/123456789/32823
Language: spa
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