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Diseño de un sistema de almacenamiento de energía térmica con materiales de cambio de fase para calentamiento de agua para hogares unifamiliares.
Design of a thermal energy storage system with phase change materials for water heating in single family homes.
Autor
Viloria Berdugo, Jesus David
Solórzano Arenas, Samuel David
San Martín Osorio, Shadia
Institución
Resumen
Debido a que el mayor gasto eléctrico en Colombia proviene de los hogares, y gran parte de esto se debe al calentamiento de agua sanitaria se hace necesario el uso de tecnologías que satisfagan estas necesidades. Actualmente esto se está solventando con energías convencionales, pero estas generan un impacto al ambiente. Lo cual hace necesario la implementación de energías renovables para mitigar esos efectos como lo es la energía solar que ofrece el beneficio de ser un suministro de energía inagotable, siendo una fuente renovable libre de productos perjudiciales. Hoy en día la acumulación de energía térmica se da por cambio de temperatura dentro del fluido dejando atrás el gran potencial que tiene el cambio de fase para almacenar mayor cantidad de energía por unidad de volumen. La utilización de los materiales de cambio de fase (PCM) como medio de almacenamiento tiene la capacidad de facilitar este proceso controlando la temperatura del agua caliente. Sin embargo, los diseños de sistemas con esta tecnología son más complejos en comparación con la tecnología tradicional. La implementación de este tipo de tecnología se encuentra aún en fase de laboratorio y no han mostrado resultados contundentes sobre la viabilidad de la tecnología. Por lo tanto, se diseñó un sistema de captación solar con tecnología de PCM, que genere una solución para las demandas de agua a temperaturas de uso doméstico, eficiente y que reduzca los gastos en fuentes de energía convencionales en hogares unifamiliares de 3 a 5 personas. Luego de las distintas etapas de diseño, se obtuvo un captador de placa plana con un área efectiva de 4m2 que permite abastecer 260 L diarios de agua caliente que seguidamente es almacenado en un tanque aislado. Además, el sistema posee contenedores de PCM en su interior que permiten acumular parte de la energía captada por el colector, donde esta representó un 26% de la demanda de energía térmica requerida para el calentamiento del volumen de agua ya mencionado. Due to the largest electricity expenditure in Colombia comes from households, and much of this is due to the heating of sanitary water and it becomes necessary to use new technologies that satisfy these needs. Currently this is being solved with conventional energies, but generate a negative impact to the environment. For that it is necessary the implementation of renewable energies to mitigate these effects, as is solar energy that offers the benefit of being an inexhaustible power supply, being a renewable source free of harmful products. Nowadays the accumulation of thermal energy is given by change of temperature inside the fluid leaving behind the great potential of the phase change to store more energy per unit volume. The use of phase change materials as a storage medium has the ability to facilitate this process by controlling the temperature of the hot water. However, system designs with this technology are more complex compared to traditional technology. The implementation of this type of technology is still in the laboratory phase and has not shown conclusive results on the viability of technology. Therefore, a solar capture system with PCM technology was designed, which generates a solution for the demands of water to temperatures of domestic use, efficient and that reduces the expenses in conventional sources of energy in single-family homes of 3 to 5 people. After the different stages of design, was obtained a flat plate solar collecting system with an effective area of 4m2 that allows supplying 260 L of hot water per day, which is then stored in an insulated tank. In addition, the system has PCM containers inside that allow to accumulate part of the energy captured by the solar collector, where it represented 26% of the demand of thermal energy required for the heating of the volume of water already mentioned.