Modelización de un acumulador de calor en lecho de agua

Abstract

En las aplicaciones de sistemas solares, la demanda de energía por lo general no coincide con el período de abastecimiento de energía solar, siendo indispensable el uso de acumuladores de calor. El almacenamiento de energía como calor sensible puede ser en un líquido o sólido. Cuando el fluido que transporta la energía es aire se utilizan acumuladores en lecho de piedra, pero teniendo en cuenta las ventajas térmicas y físicas que presenta el agua, una alternativa es reemplazar la piedra por botellas de plástico conteniendo agua. El objetivo del presente trabajo es el estudio del comportamiento térmico de un "lecho de agua", construido con botellas de plástico, con agua en su interior, mediante un modelo que utiliza la analogía térmica - eléctrica. Se construyó un prototipo con el objeto de determinar las coeficientes de transferencia de calor, validar el modelo y caracterizarlo física y térmicamente. La predicción del modelo siguió la tendencia de los datos experimentales de la temperatura del agua en el lecho, con una desviación promedio de 0,41 °C y un error relativo promedio del 1,1 %.

In solar systems applications, generally the energy demand does not fit with the period of supplying solar energy, so the use of a heat storage unit is indispensable. In the case that thermal energy be used, it is convenient to store it as sensible heat or as latent heat of a phase- change material. A liquid, generally water, or a solid, usually rocks, can be used to store energy as sensible heat. Rocked beds storage is used when the fluid that carries the energy is air, but taking into account the advantage of water to store heat, an option to store energy is to replace the rocks by plastic bottle with water. The objective of the present work is to study the thermal behaviour of a "water bed", built with water - containing plastic bottles, by means of a model based on the thermal - electric analogy. To determine heat transfer coefficients and to validate the model, a "water bed" was built and its physical and thermal characterisation was established. The model was validated and found to fit well to experimental data.