TY - JOUR 
A1 - Diarce, Gonzalo
AU - Campos-Celador, Álvaro
AU - García-Romero, Ane Miren
AU - Sala, José María
T1 - Procedimiento general para el diseño de sistemas de almacenamiento térmico latente de placas en base a simulaciones detalladas de CFD
Y1 - 2015
UR - http://hdl.handle.net/10317/9786
AB - Los sistemas de almacenamiento térmico latente (abreviados LHTES, de sus siglas en inglés), se basan
en el empleo de los llamados materiales de cambio de fase (PCMs). Unos de los criterios
determinantes a la hora de dimensionar este tipo de sistemas LHTES es el tiempo de carga y descarga,
que viene definido a su vez por la transferencia de calor del agua al PCM. El rendimiento final del
sistema depende de la optimización de diferentes factores interrelacionados entre sí y que presentan un
comportamiento complejo, por lo que el diseñador juega una un papel importante en el proceso. Es
necesario por tanto el desarrollo de modelos sencillos que permitan la simulación y el
dimensionamiento de los sistemas de un modo rápido y preciso. El objetivo principal del presente
trabajo es establecer un modo rápido y sistemático de dimensionamiento, basado en simulaciones
detalladas del sistema.
Para ello se ha desarrollado un modelo de 2D empleando la dinámica de fluidos computacional (CFD).
Dicho modelo se ha validado utilizando datos experimentales de un prototipo a escala de laboratorio.
Una vez contrastada su fiabilidad, se realizaron simulaciones para estudiar el tiempo de descarga del
sistema por unidad de espesor, en relación al espesor de placas. Se observó que para los espesores y la
geometría analizados ambas variables se relacionan proporcionalmente mediante una ecuación lineal.
La pendiente de dicha recta pasa por x=0, y tiene un valor de 2200 s/m2. Este parámetro multiplicado
por la difusividad promedio del PCM da lugar al número adimensional de Fourier, (Fo), igual a
6.3·10-5 y constante para todas las geometrías analizadas.
Este Fo constante dependiente de la geometría, de los materiales y de las condiciones operativas,
puede emplearse en tareas de diseño tal como se especifica a continuación: 1) El primer paso es definir
el tiempo de descarga necesario del sistema. Dicho tiempo viene dado por la aplicación en la que se
pretende sea implementado, y/o los perfiles de demanda del sistema. Con el Fo obtenido se calcula el
espesor de placas máximo a emplear. 2) Con el caudal másico de agua, también definido por la
aplicación empleada, se calculan el numero de placas en paralelo a utilizar.3) Finalmente, se ha de
definir la capacidad de almacenamiento deseada. Dicha capacidad de almacenamiento será empleada
para calcular en número de placas a disponer en serie. Además, considerando la simplificación de una
temperatura promedio de placa, 𝑇𝑇 􀴤
, se puede calcular rápidamente el número de unidades de
transferencia (NTU) o el coeficiente de transferencia de calor promedio (𝑈𝑈 􀴥
) entre el fluido
caloportador y el PCM. Estos valores puede ser empleados para simulaciones rápidas pero precisas del
sistema.
KW - PCM
KW - CFD
KW - Dimensionamiento
LA - spa
PB - Universidad Politécnica de Cartagena
ER -