Estudio paramétrico de un sistema de almacenamiento térmico latente de placas mediante modelado CFD

Abstract

El almacenamiento de energía térmica es una tecnología clave para superar el desajuste estructural entre el suministro y la demanda de energía en los sistemas de energía térmica. Su uso es fundamental para una adecuada integración de tecnologías renovables. El almacenamiento de energía térmica de calor latente, que se basa en el uso de materiales de cambio de fase, ha sido estudiado en profundidad en la literatura debido a sus ventajas sobre los métodos de almacenamiento convencionales. Puede proporcionar una mayor compacidad y menores pérdidas térmicas que los sistemas tradicionales de almacenamiento de calor sensible. Sin embargo, para modelizar un LHTES basado en placas, es necesario calcular el tiempo de descarga mediante ecuaciones muy complejas además de realizar costosas simulaciones de dinámica de fluidos computacional (CFD). Los sistemas de almacenamiento de energía térmica de calor latente (LHTES) a menudo se modelan incorporando correlaciones del número de Fourier. Hasta la fecha, se han desarrollado y estudiado muchas simulaciones en la literatura, aunque a mayoría para la geometría de carcasa- tubo, lo que reduce el potencial de comercialización de los productos LHTES. Por lo tanto, el objetivo de este trabajo de fin de master es el estudio paramétrico de un sistema de almacenamiento térmico latente de placas mediante modelado CFD para calcular de forma fiable el tiempo de descarga en función las propiedades PCM, al caudal y diferentes rangos de temperaturas.

Thermal energy storage is a key technology for overcoming the structural mismatch between energy supply and demand in thermal energy systems. Its use is essential for an adequate integration of renewable technologies. Latent heat thermal energy storage, which is based on the use of phase change materials, has been studied in depth in the literature due to its advantages over conventional storage methods. It can provide greater compactness and lower thermal losses than traditional sensible heat storage systems. However, to model a plate-based LHTES, it is necessary to calculate the discharge time using very complex equations in addition to expensive computational fluid dynamics (CFD) simulations. Latent heat thermal energy storage systems (LHTES) are often modeled by incorporating Fourier number correlations. To date, many simulations have been developed and studied in the literature, albeit mostly for shell-tube geometry, reducing the potential for commercialization of LHTES products. Therefore, the objective of this master's thesis is the parametric study of a latent thermal storage system for plates using CFD modeling to reliably calculate the discharge time based on the PCM properties, the flow rate and different ranges of temperatures.

Energia termikoaren biltegiratzea funtsezko teknologia da energia termikoko sistemetan horniduraren eta energia-eskariaren arteko egiturazko desoreka gainditzeko. Funtsezkoa da teknologia berriztagarriak behar bezala integratzeko. Bero latenteko energia termikoaren biltegiratzea, fasez aldatzeko materialen erabileran oinarritzen dena, literaturan sakon aztertu da, ohiko biltegiratze-metodoen gainean dituen abantailengatik. Bero sentikorra biltegiratzeko sistema tradizionalek baino trinkotasun handiagoa eta galera termiko txikiagoak eragin ditzake. Hala ere, plaketan oinarritutako LHTE bat modelizatzeko, beharrezkoa da deskarga- denbora kalkulatzea ekuazio oso konplexuen bidez, fluido konputazionalen dinamika- simulazio garestiak egiteaz gain (CFD). Bero latenteko energia termikoa (LHTES) biltegiratzeko sistemak askotan Fourier-en zenbakiaren korrelazioak gehituz modelatzen dira. Orain arte, literaturan simulazio asko garatu eta aztertu dira, baina gehienetan karkasa-hodiaren geometriarako, eta horrek murriztu egiten du LHTES produktuen merkaturatze-potentziala. Beraz, master amaierako lan honen helburua CFD modelatuaren bidez plaken biltegiratze termiko latenteko sistema baten azterketa parametrikoa egitea da, deskarga-denbora modu fidagarrian kalkulatzeko PCM propietateen, emariaren eta tenperatura-tarte desberdinen arabera.