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Estudio de almacenamiento térmico

EOLIOS optimiza los acumuladores térmicos:

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Estudio de yacimiento térmico

Almacenamiento térmico por depósito de inercia

Un tanque de almacenamiento intermedio es una tecnología ampliamente probada para almacenar el exceso de energía térmica (caliente o fría) durante las horas de menor consumo. Este tipo de depósito térmico se puede acoplar a sistemas de refrigeración (bomba de calor) que permiten aprovechar esta energía almacenada en los momentos de máxima carga, minimizando así los costes de consumo y suavizando los picos de demanda eléctrica.

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Almacenamiento térmico de agua

En el caso de un sistema de almacenamiento de agua fría, el sistema almacena energía térmica en forma de agua fría. Para ello es necesario un dispositivo de almacenamiento de energía térmica conocido como depósito de inercia.

El acumulador estratificado funciona almacenando agua fría y caliente (de retorno) en un único depósito. Durante la carga, el agua fría se bombea a la parte inferior del depósito a través de las redes conectadas al mismo, mientras que una cantidad igual de agua caliente se extrae de la sección superior. Durante la descarga, el agua fría se extrae de la parte inferior, mientras que una cantidad igual de agua caliente se llena desde la parte superior. Durante las operaciones de carga y descarga, se produce un fenómeno natural llamado estratificación térmica , es decir, el agua caliente (de baja densidad) permanece en la parte superior mientras que el agua fría (de alta densidad) se deposita en el fondo del tanque.

Evolución en el tiempo del almacenamiento térmico

Cuve de ballon de stockage thermique - CFD
Simulación CFD de la distribución de la temperatura en el tiempo

¿Cómo optimizar un acumulador térmico?

Optimizar la altura de la termoclina

Como resultado de la estratificación térmica, se forma una región de transición (gradiente de temperatura) llamada termoclina entre las regiones caliente y fría con una temperatura entre el suministro de agua fría y el retorno de agua fría. Esta zona tibia tiene poco valor energético. La Thermocline se moverá gradualmente de abajo hacia arriba durante la carga y de arriba hacia abajo durante la descarga. El grosor de la termoclina representa la ineficacia del tanque de amortiguación. Cuanto más eficiente sea el tanque de amortiguación, más fina será la termoclina.

El rendimiento del tanque de inercia depende únicamente de la estratificación térmica que está influenciada por estos factores:

  • Pérdida de temperatura en el ambiente debido a la conducción. (Aislamiento incorrecto)
  • Diseño de reservorios. (Altura y diámetro deseados, lo que permite una mejor estratificación)
  • Diseño de entrada y salida del difusor. (que permite el flujo laminar para evitar la mezcla de regiones fluidas, promoviendo así la estratificación)
  • Implementación de compartimentación física y selección de difusores específicos para promover el flujo laminar.

Optimización por simulación CFD

Con la ayuda de una simulación de dinámica de fluidos numérica (CFD), EOLIOS le asiste en el diseño de sus depósitos de almacenamiento.

  • La distribución de la temperatura del yacimiento se puede mapear.
  • La predicción del espesor de la termoclina, que puede optimizarse con simulaciones de prueba.
  • Diseño, análisis y optimización de globos.
  • Visualización de la física del flujo de fluidos en el depósito de inercia
  • Diseño y optimización del número de compartimentos,
  • La temperatura, la velocidad y la presión en cualquier punto del tanque pueden predecirse en cualquier momento del proceso.
  • Se pueden extraer otras observaciones y conclusiones de cualquier condición de diseño.
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Simulación CFD de un depósito térmico de almacenamiento de agua

Estudio de la evolución de la temperatura del bucle de agua

Para calcular la evolución de la temperatura de un bucle de agua a la salida de un acumulador térmico hay que tener en cuenta varios fenómenos físicos. He aquí las principales etapas del cálculo:

  1. Balance energético del acumulador: En primer lugar, es necesario realizar un balance energético del acumulador para conocer la energía intercambiada entre el agua y el acumulador. Este balance suele tener en cuenta la capacidad calorífica del agua, las pérdidas de calor del depósito y las ganancias o pérdidas de energía de los intercambiadores de calor del interior del depósito.
  1. Pérdidas de calor: Las pérdidas de calor del tanque de almacenamiento deben calcularse en función de su diseño, aislamiento y la diferencia de temperatura entre el interior y el exterior del tanque. Estas pérdidas pueden variar en función de la superficie de intercambio de calor, la conductividad térmica del material y otras condiciones ambientales.
  1. Caudal de agua que circula por el bucle: Para tener en cuenta los cambios de temperatura del agua que sale del cilindro, es necesario conocer el caudal de agua que circula por el bucle. En este caudal pueden influir muchos factores, como la potencia del intercambiador de calor, la diferencia de temperatura entre el agua de entrada y de salida y la resistencia hidráulica del bucle.
  1. Intercambio de calor con el entorno : A medida que el agua circula por el bucle, también puede perder o ganar energía térmica en función de las condiciones ambientales. Por ejemplo, si el bucle de agua está expuesto a una corriente de aire frío, el agua puede enfriarse más rápidamente. Por tanto, el intercambio de calor con el entorno debe tenerse en cuenta a la hora de calcular la evolución de la temperatura.
Cálculo de la distribución de la temperatura en el tiempo

En función de estos diversos factores y de la dinámica del bucle de agua, pueden realizarse modelos matemáticos para calcular la variación de la temperatura a lo largo del tiempo. Esta modelización puede ser compleja y requerir ecuaciones diferenciales para tener en cuenta todas las variables y fenómenos físicos implicados.

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