Tesis doctoral de Pedro Andrés Galione Klot
Esta tesis se centra en el estudio del uso de materiales de cambio de fase (pcm) en el almacenamiento de energía térmica (tes) y en el desarrollo de herramientas numéricas para su evaluación. El análisis numérico es hoy en día una herramienta indispensable para el diseño, evaluación y optimización de equipos térmicos, complementando las técnicas experimentales. se realizan dos niveles de análisis, uno en el campo de la dinámica de fluidos computacional, permitiendo la simulación precisa de fenómenos complejos de transferencia de calor y dinámica de fluidos presentes en los problemas de cambio de fase sólido-líquido; y otro en la que las ecuaciones gobernantes son tratadas mediante simplificaciones razonables e integrando correlaciones empíricas, destinado al estudio de sistemas tes en varios ciclos de carga/descarga. por otra parte, se estudia el almacenamiento térmico para plantas de generación termosolar (csp). Se evalúan diferentes sistemas de un solo tanque, utilizando tanto las capacidades de energía sensible como latente de los materiales, y se comparan con los sistemas de sales fundidas de doble tanque utilizados actualmente. Además, se propone un concepto novedoso de tes de un único tanque que combina el uso de materiales de relleno sólidos y pcm, con resultados prometedores para su utilización en csp. en los capítulos 2 y 3, se desarrolla un modelo de entalpía de malla fija para la simulación de la fusión y solidificación. Se utiliza una discretización por volúmenes finitos en mallas no estructuradas en un esquema colocado, y esquemas de integración temporal explícitos. En el primer capítulo, se discuten cuestiones relativas a la forma de la ecuación de energía, el tratamiento de la ecuación de presión, así como el coeficiente de término fuente en la ecuación de momentum introducido por el método de entalpía-porosidad. En el segundo, se trata la posibilidad de tener en cuenta la variación de las propiedades termofísicas con la temperatura. La expansión/contracción térmica asociada al cambio de fase se tiene en cuenta en las ecuaciones de conservación y se tratan en detalle diferentes estrategias para el tratamiento numérico de la ecuación de la energía. Además, se realizan simulaciones de un caso interesante de fusión de un pcm encapsulado, utilizando mallas bi y tridimensionales, y los resultados se comparan con otros de la literatura. en los dos capítulos siguientes, se desarrolla el tema de la simulación numérica de sistemas tes de un único tanque. Estos sistemas están compuestos de un tanque relleno de materiales sólidos y/o pcm, formando un lecho poroso a través del cual circula un fluido de transferencia de calor. La estratificación térmica separa las capas de fluido a diferentes temperaturas. La zona en donde se da el mayor gradiente de temperaturas vertical se conoce generalmente como «termoclina», la cual es deseable mantenerla lo más angosta posible, con el fin de mantener una mayor exergía almacenada. Diferentes diseños de sistemas de un solo tanque -clasificados de acuerdo con el/los material/es de relleno utilizado/s- se evalúan para plantas de csp. El análisis se realiza evaluando diferentes aspectos, como la energía efectivamente almacenada/liberada y la eficiencia en el uso de la capacidad teórica luego de varios ciclos de carga/descarga, obteniendo resultados independientes del estado térmico inicial. El tiempo de operación no es fijo, sino que depende de la temperatura del fluido de salida, limitada por las restricciones de los equipos que lo reciben (campo solar y bloque de potencia). Se observa una degradación de la estratificación a lo largo de los ciclos debido a las restricciones de temperatura. En este contexto, se presenta concepto de tes novedoso, combinando de diferentes capas de materiales de relleno sólidos y pcm de una manera adecuada. Este concepto, llamado «multi-layered solid-pcm» (mlspcm) resulta ser una alternativa prometedora para su uso en plantas de csp.
Datos académicos de la tesis doctoral «Numerical simulations of thermal storage systems. emphasis on latent energy storage using phase change materials (pcm)«
- Título de la tesis: Numerical simulations of thermal storage systems. emphasis on latent energy storage using phase change materials (pcm)
- Autor: Pedro Andrés Galione Klot
- Universidad: Politécnica de catalunya
- Fecha de lectura de la tesis: 23/12/2014
Dirección y tribunal
- Director de la tesis
- Assensi Oliva Llena
- Tribunal
- Presidente del tribunal: José manuel Pinazo ojer
- cristóbal Cortés gracia (vocal)
- (vocal)
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