Almacenamiento de calor

...

Z TD Z TF Z TH

Q ¼ m CpsðTÞdT þ Lp þ L þ CplðTÞdT þ Lg þ CpgðTÞdT , (1)

TA TE TG

[pic 8]

Fig. 1. Diagrama de temperatura y tiempo para el calentamiento de una sustancia.

donde m es la masa del material, Cps calor específico del material en fase sólida, Cpl calor específico del material en fase líquida, Cpg calor específico del material en fase gaseosa, Lp es calor latente de cambio de fase sólido-sólido, L es calor latente del cambio de fase sólido-líquido y Lg es el calor latente del cambio de fase líquido-gas.

La capacidad de almacenamiento del material depende tanto de su calor específico como de los valores de calor latente. Por lo tanto, es deseable que el medio de almacenamiento tenga una capacidad de calor específica alta y un valor de calor latente. El almacenamiento de calor latente puede clasificarse sobre la base del proceso de cambio de fase como sólido-sólido, sólido-líquido, sólido-gas y líquido-gas.

Las transformaciones de gas sólido y gas líquido generalmente no se emplean para el almacenamiento de energía a pesar de sus calores latentes más altos, ya que los gases ocupan grandes volúmenes. Grandes cambios en el volumen hacer que el sistema sea grande, complejo y poco práctico. En las transiciones sólido-sólido, el calor se almacena a medida que el material se transforma de una forma cristalina a otra. Estas transiciones generalmente tienen pequeños calores latentes que hacen que dichos materiales sean menos deseables. El almacenamiento de calor latente por transición de fase sólido-líquido es una técnica particularmente atractiva, ya que proporciona una alta densidad de almacenamiento de energía y tiene la capacidad de almacenar energía como calor de fusión latente a una temperatura constante correspondiente a la temperatura de transición de fase de los materiales de cambio de fase. (PCM) [1,2]. Esto significa que se necesita un peso y un volumen de material mucho más pequeños para almacenar una cierta cantidad de energía cuando se utiliza el almacenamiento de energía de cambio de fase. Este hecho se ilustra en la Tabla 1. La cera de parafina (como PCM sólido-líquido) de 20.513kg masa puede almacenar / release 5000kJ de energía a su punto de fusión (59.91C asumiendo su temperatura inicial de 351C. Para almacenar la misma cantidad de energía , otro medio de almacenamiento de calor sensible debería calentarse a temperaturas mucho más altas, como se muestra en la Tabla 2.

2. Requisitos de almacenamiento de energía térmica con calor latente

Un buen diseño del almacenamiento de energía térmica con calor latente requiere el conocimiento de los PCM y los procesos de intercambio de calor, especialmente los procesos de fusión y solidificación en una contención.

tabla 1

Comparación de varios medios de almacenamiento de calor (energía almacenada ¼ 5000kJ, DT ¼ 251C)

Property Heat storage material

Paraffin wax

Water

Dowtherm.A

Therminal 66

Cast iron

Rock

Concrete

Latent heat of fusion

( kJ/kg )

Specific heat (kJ/kgK)

Density (kg/m3) Storage mass (kg)

Relative mass Storage volume (m3)

Relative volume

190

2.15

790

20.513

1

0.02597

1

4.19 1000

47.73

2.33

0.04773

1.84

2.2

867

90.91

4.43

0.10485

4.04

2.1

750

95.24

4.64

0.127

4.89

0.54 7200

370.37

18.1

0.0514

1.98

0.88 1600

227.27

11.08

0.142

5.47

0.882

2200

226.76

11.05

0.1031

3.969

El calor latente de fusión no es de interés para el almacenamiento de calor sensible.

La masa relativa y el volumen se basan en el almacenamiento de calor en cera de parafina.

Tabla 2

Aumento de temperatura necesario para almacenar 5000kJ de energía

Heat storage material Temperature rise (1C)

Paraffin wax 59.9

Water 93.17

Dowtherm A

145.8

Therminal 66

151.1